【《红曲菌次级代谢的调控研究综述》1600字】

红曲菌次级代谢的调控研究综述为增加红曲菌有益次级代谢产物的产生、抑制有害物质桔霉素的产生，国内外众多学者从传统调控方式到生物合成途径调控等方面做了大量的研究。1.1传统调控方式研究传统方式通过菌种选育和诱变筛选得到不产或低产桔霉素、高产红曲色素和MK的优势菌株，同时降低生产成本，如杨华等人通过菌株筛选获得一株不产CIT的红曲菌CS-5，并发现其不含CIT合成基因ctnA和ctnE（杨华等2020）；Li等通过UPLC-荧光检测法筛选到5株不产CIT的红曲菌株（Lietal2020）；朱蕊等利用HPLC筛选到了一株高产洛伐他汀的红曲菌株（朱蕊等2019）；Wan等利用低频磁场处理显著降低了红曲菌液态发酵过程中CIT的产量（Wanetal2017）。传统调控方式还包括优化培养基组分和培养参数，如在橙色红曲菌（M.aurantiacus）液体发酵培养基中加入黄酮类物质可以抑制桔霉素的产生，并显著下调桔霉素生物合成相关基因的表达水平（张丽娟2018,Ouyangetal2021）；在紫色红曲菌（M.purpureus）的发酵体系中添加非离子表面活性剂Brij35和谷氨酸可以显著增加莫纳可林K的产量（Zhangetal2020）；对丛毛红曲菌（M.pullulans）培养条件（温度、pH、装液量、转速和培养时间等）和培养基成分（碳/氮源和无机盐等）进行优化可以提高红曲菌有益次级代谢产物的产量、降低桔霉素的产量（郝静等2021,Fengetal2014,Yangetal2020）。1.2生物合成途径调控研究为了选择性地增加红曲菌产生功能性产物的含量、抑制桔霉素的产生，研究和阐明红曲菌次级代谢物生物合成途径为进一步了解真菌的代谢过程提供了重要的依据，下面将主要阐述与本课题相关的两种次级代谢物生物合成途径的研究进展。1.2.1基于生物合成途径修饰的红曲色素调控研究早在20世纪60年代就开始对红曲色素的生物合成途径进行研究，并推测出该途径的部分步骤（Birchetal1962,Linetal2008）。随后，包括我们实验室在内的多个小组对红曲色素的产生途径进行了深入研究（Balakrishnanetal2014,Bijinuetal2014,Liuetal2016），通过靶向基因敲除、异源表达等方法对簇内基因进行研究，发现MrpigA的缺失导致红曲菌完全不产色素（谢娜娜等2015,Chenetal2017）；pigE的缺失使得菌株丧失产生红色素和橙色素的能力，而提高黄色素的产量并增加黄色素的种类（王嘉琦等2019,Liuetal2014）；MrpigF的缺失导致红曲菌不产橙色素和红色素，相反MrpigH缺失引起橙色素和红色素产量增加（Xieetal2013,Balakrishnanetal2017）。本课题组对红色红曲菌M7基因组的生物信息学和红曲色素基因簇的功能进行分析后发现，簇内至少含有12个生物合成基因和4个转录调节基因，并对MonAzPs产生途径的各个步骤进行推测描述，如图1.7所示合成途径的部分步骤（引自Chenetal2019）。图1.7推测MonAzPs合成途径的部分步骤（引自Chenetal2019）Fig.1.7DeducedsomestepsofbiosyntheticpathwaytoMonAzPs1.2.2基于生物合成途径修饰的桔霉素调控研究1999年有学者通过同位素标记法探讨了红色红曲菌（M.ruber）中部分的桔霉素代谢途径（Hajjajetal1999）。随后有学者对紫色红曲菌（M.purpureus）和橙色红曲菌（M.aurantiacus）中桔霉素合成途径进行深入研究，发现pksCT基因是聚酮合酶（polyketidesynthase,PKS）的保守结构域（Shimizuetal2005,Shimizuetal2007,Lietal2013,Lietal2015）。橙色红曲菌AS3.4384中pksCT基因的缺失引起桔霉素含量显著降低，红曲色素含量显著增加（殷博薇2016）；敲除紫色红曲菌J01和LQ-6的pksCT基因后，突变株中桔霉素产量显著下降（李琦等2018,Chaietal2020）；对红色红曲菌Mr11和红曲菌PHDS26中pksCT基因进行敲除，结果发现敲除菌株中桔霉素的含量降低了98%（季宏飞2009,Lietal2013）。本课题组在红色红曲菌M7的基因组中发现了桔霉素生物合成基因簇，全长44kb，包括16个基因，分别是PKS基因pksCT、7个上游基因mrl1-7以及8个下游基因mrr1-8，推测出桔霉素的合成途径，如图1.8所示，并发现簇内有6个结构基因为桔霉素合成的关键基因，分别为pksCT、mrl1（丝氨酸水解酶）、mrl2（加氧酶）、mrl4（醛脱氢酶）、mrl6（脱氢酶）和mrl7（氧化还原酶）（何毅2015,HeandCox2016）。图1.8桔霉素合成途径的推测（引自HeandCox2016）Fig.1.8Deductionofbiosyntheticpathwayofcitrinin1.3其他调控方式研究红曲菌的次级代谢调控过程极其复杂，大量研究表明，除了通过上述两种调控方式外，还可以通过全局转录、G蛋白信号途径和表观遗传修饰等方面调控真菌的次级代谢（张周未等2014,ShwabandKeller2008