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《植生所发现蓝藻代谢新途径助力合成生物学设计》

  • 来源专题：生物科技领域知识集成服务
  • 编译者： 陈方
  • 发布时间：2020-09-10

  • 2018年4月9日，《自然-化学生物学》在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所杨琛研究组的最新研究。该研究首次发现了蓝藻的一条新型氮代谢途径——鸟氨酸-氨循环。这一发现有助于合成生物学家设计和改造蓝藻、实现二氧化碳到生物燃料和化学品的直接转化，同时为理解和提高农作物的氮素使用效率提供新的思路。
    陆生动物（包括人类）进化出了鸟氨酸-尿素循环，用于处理食物中蛋白质（含丰富的氮元素）分解代谢所产生的大量氨，将氨转化为尿素后排出体外。然而，细菌和植物缺乏这一代谢途径。该研究团队利用代谢流量组分析技术，发现蓝藻中的鸟氨酸-氨循环包含一步新的生化反应，即精氨酸水解生成鸟氨酸和氨。与人类不同，蓝藻在氮源充足条件下，氮的存储会以最大速率进行；而在氮源匮乏时，该循环使得细胞中储存的氮迅速分解，从而满足细胞的生长需要。细胞内氮的“仓储”与“周转”对蓝藻适应生存环境极为重要，而该循环是实现该“物流”的核心线路。这一循环在蓝藻中广泛存在，包括许多海洋固氮蓝藻，它对于海洋氮固定乃至地球的氮循环都具有非常重要的贡献。
    丁陈君 摘编自https://www.shobserver.com/news/detail?id=85502
    原文标题：昔日地球霸主蓝藻新陈代谢的新途径被发现，助力合成生物学研究

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  • 《微生物所发现真菌合成黄酮柚皮素的新途径》
    • 来源专题：转基因生物新品种培育
    • 编译者：姜丽华
    • 发布时间：2022-12-07
    •   黄酮是一类主要由植物产生的多酚类化合物，在工业、食品和制药行业应用广泛。柚皮素作为一种平台化合物，是合成黄酮类化合物的关键步骤。在植物和细菌中，以对香豆酸（p-CA）为前体，经对香豆酰辅酶A连接酶（4CL）和III型聚酮合酶查尔酮合酶（CHS）催化生成柚皮素查尔酮，而后在查尔酮异构酶催化或pH改变自发异构化生成柚皮素。真菌中曾报道黄酮类化合物的产生，但其合成酶和途径鲜有报道。   近日，中国科学院微生物研究所尹文兵研究组利用靶向基因组挖掘策略，在植物内生真菌中发现了一个不同于常规途径黄酮柚皮素合成酶。该酶具有独特结构域组成（A-T-KS-AT-DH-KR-ACP-TE），是一个NPRS-PKS杂合酶，被鉴定为FnsA。研究通过异源表达、底物饲喂实验和体外酶促反应，证实了FnsA以游离的芳香酸（对香豆酸和对羟基苯甲酸）为底物，直接催化形成柚皮素。FnsA KS结构域系统进化分析表明，FnsAPKS属于I型PKS，不同于传统的III型PKS（CHS）。   鉴于FnsA催化柚皮素合成的新颖性，科研人员利用fnsA一个酶在酿酒酵母合成柚皮素，并以此基础从头构建了植物黄酮异鼠李素和金合欢素的生物合成途径。该研究证实了FnsA是一种新型的真菌柚皮素合酶，不同于传统的柚皮素合成途径，FnsA能催化对香豆酸或对羟基苯甲酸直接合成柚皮素。该研究通过工程fnsA从头合成植物黄酮异鼠李素和金合欢素，为微生物高效生产黄酮类化合物提供新策略。   相关研究成果以A fungal NRPS-PKS enzyme catalyses the formation of the flavonoid naringenin为题，发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院基础前沿科学研究计划“从0到1”原始创新项目、中国科学院战略生物资源计划及中国博士后科学基金的支持。   尹文兵研究组长期致力于次级代谢产物产生的机理和合成调控机制研究，揭示真核微生物次级代谢产物产生的分子机理、生物合成途径和基因调控机制，为新活性化合物的发现提供新技术和新策略。
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  • 《意想不到的发现:蓝藻产油》
    • 来源专题：纳米科技
    • 编译者：郭文姣
    • 发布时间：2020-03-09
    • 蓝藻——俗称蓝藻——在光的帮助下可以从水和二氧化碳中产生油。波恩大学最近的一项研究表明了这一点。结果是出乎意料的:直到现在，人们还认为这种能力是为植物保留的。蓝绿藻现在也有可能成为饲料或燃料的供应商，特别是因为它们不需要耕地。研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上。 油菜籽、鳄梨和橄榄树有什么共同之处?它们都被人类用来制造油或脂肪。然而，在光的帮助下从水和二氧化碳中产生油的能力是所有植物都具有的，从单细胞藻类到巨大的红杉。波恩大学植物分子生理学和生物技术研究所(IMBIO)的生物学家Peter Dormann教授解释说:“我们现在第一次证明蓝藻细菌也可以做到这一点。”“这完全是一个惊喜，不仅对我们来说。” 到目前为止，专家们一直认为蓝藻细菌缺乏这种特性。毕竟，它们实际上是细菌，即使它们的俗名“蓝藻”表明它们不是细菌。因此，它们在许多方面与植物有很大的不同:与橄榄树相比，蓝藻细菌与大肠杆菌的关系更近。多尔曼说:“文献中确实有古代的报告说，蓝藻细菌可以含有石油。”“但这些从未得到证实。” 这位科学家多年来一直在IMBIO从事一种酶的研究，这种酶可以催化植物中石油合成的一个步骤。这种酶在叶绿体中是活跃的，叶绿体是负责光合作用的绿色细胞成分。正是由于这些，植物才能在阳光的帮助下产生高能量的化合物。 许多科学家怀疑叶绿体最初来自蓝藻。这是因为它们不像其他细菌，它们也能通过释放氧气来进行植物特有的光合作用。根据这一理论，十亿多年前，一个原始植物细胞“吞噬”了一个蓝藻细菌。然后细菌在细胞中存活，并为细胞提供光合作用产物。“如果这种内共生假说是正确的，那么叶绿体的油合成酶可能最初来自蓝藻，”Dormann解释说。 类似于植物的油合成酶 他和他的博士生Mohammed Aizouq一起探索这种可能性。科学家们在各种蓝藻菌的基因组中寻找一种基因，这种基因与参与植物油合成的酶的基因组成类似。他们成功地在蓝绿藻中发现了一种叫做酰基转移酶的基因;植物酶也属于这一类。进一步的试验表明，蓝藻细菌确实能利用这种酶生产石油，即使数量很少。 从进化生物学的角度来看，这一结果很有趣:它表明，植物叶绿体中的某些油合成机制可能起源于蓝藻。然而，今天的植物主要利用其他代谢途径来产生油。此外，这一结果可能为生产动物饲料或生物燃料开辟新的可能性。这是因为，与油菜籽等油料植物不同，蓝藻不需要耕地就能生长——一个有培养基和足够的光和热的容器就足够了。 这可能使它们适用于沙漠，例如，在那里它们可以被用来生产汽车发动机的油，而不需要与粮食作物竞争。特别是因为燃烧只会释放二氧化碳，而这些二氧化碳是蓝细菌在石油生产过程中从空气中提取的。因此，微生物将为气候保护做出贡献。无论如何，生活在世界海洋中的蓝藻菌结合了相当数量的温室气体。据估计，如果没有它们的贡献，大气中二氧化碳的浓度将是现在的两倍。 “类似的实验已经在绿藻上进行了，”Dormann解释道。“然而，这些更难以维持;此外，很难通过生物技术优化来达到最高的石油产量。”这可能与蓝藻不同。波恩大学研究的物种只生产非常少量的石油。“尽管如此，其他物种的生产力还是很有可能要高得多，”这位生物学家说。此外，蓝藻可以相对容易地进行基因改造，就像其他细菌一样。“因此，利用生物技术手段再次显著提高石油产量是完全有可能的。” ——文章发布于2020年3月5日
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