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《遗传所在化合物对根系微生物组调控规律方面获新进展》

  • 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：2020-04-08

  • 根系微生物组在植物表现出的强大适应性当中扮演着重要的角色。植物在根系招募种属特异性的大量且种类繁多的微生物，这些微生物能够参与植物吸收营养、抵抗疾病和非生物胁迫等重要生理过程。中国科学院遗传与发育生物学研究所，中国科学院-英国约翰英纳斯中心植物和微生物科学联合研究中心白洋研究组与John Innes Centre Anne Osbourn研究组合作，于2019年5月10日在Science上发表的文章，揭示了拟南芥三萜类化合物对根系微生物组的调控规律。
    该工作系统地解析了拟南芥中形成基因簇的三萜合成遗传网络。该网络的关键基因在植物根系特异表达，并具有潜力合成50多种未知的根系化合物（目前能稳定检测到的根系化合物大约300种）。与不能合成三萜的水稻和小麦相比，52%拟南芥特异的根系微生物组被三萜合成基因显著调控。通过分离培养的细菌资源库与纯化/合成的单种或混合化合物共培养，发现三萜化合物直接调控特异的根系细菌种类。同时根系细菌可以特异性修饰和利用拟南芥三萜化合物。该研究为利用植物天然化合物促进根系益生菌在绿色农业中的应用提供了理论依据。

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相关报告

  • 《微生物研究所在AI赋能挖掘微生物组功能多肽方面获得新进展》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2022-03-08
    • 抗生素耐药是现代医学面临的严峻挑战之一，在近几十年来，产生抗生素耐药性的病原微生物持续增加，每年在全球范围内耐药菌引发感染造成的死亡人数达到70万人。抗菌肽（AMPs）作为解决抗生素耐药性的候选方案之一，具有不易产生抗药性、作用快速等优势，同时因为容易降解也不会对环境造成持续性污染。因此，开发出能够应对抗多重耐药菌的新药物，缓解耐药问题迫在眉睫；但传统方法筛选新药的候选分子成功率较低，亟需高通量的挖掘和筛选手段。 　　  　　抗菌肽是一类具有抗微生物活性的小肽，其作用范围包括细菌、真菌、病毒和寄生虫。抗菌肽可以通过多种作用机制达到抑制病原微生物的效果，其中较为普遍的作用机制是结合病原微生物的细胞膜，扰乱细胞膜结构；或直接在细胞膜上形成微孔使细胞内容物外流，最终将病原微生物杀死。近些年来，能抵御多重耐药菌同时不易产生耐药性的抗菌肽，已被认为是替代传统抗生素的下一代抗菌剂，如果能在大量的微生物和微生物组中高效、高通量挖掘，将非常有益于临床应对耐药菌的治疗。 　　  　　2022年3月3日，中国科学院微生物研究所在国际重要期刊《自然-生物技术》（Nature Biotechnology）上发表了题为“Identification of antimicrobial peptides from the human gut microbiome using deep learning”的研究性文章。该文章采用自然语言学习（NLP）的多种神经网络方法，实现了抗菌肽挖掘模型的构建和优化；通过该预测模型在大规模微生物组（1万余样本）中的应用，总计挖掘并合成了216种潜在的新型抗菌肽。经实验验证，其中181种新型抗菌肽具有抗菌活性（占83.8%）。进一步的实验表明抗菌肽对多重耐药革兰氏阴性菌具有较强的抑菌能力，同时在动物感染模型中验证部分抗菌肽具有非常好的体内活性和安全性（图1）。 　该研究结合了微生物组大数据和最新的深度学习模型，提供了人工智能赋能大分子挖掘和转化的良好范例；同时，也表明微生物组数据中存在着大量待开发资源，通过计算方法可以将具有生物活性的分子快速高通量的发掘出来。其次，该研究还扩大了人工智能在生物医学领域的应用范围，先前研究中主要集中在医学图像处理、小分子药物筛选等领域，增加了人工智能的应用场景。考虑到未来随着测序数据的累积，更多的微生物大数据将被获得。同时，不论是小分子药物还是肽的搜索空间仍处于早期探索阶段，对于挖掘多功能分子（治疗感染、代谢和免疫疾病），具有非常大的发展潜力。 　　  　　中国科学院微生物研究所王军课题组马越,夏彬彬，陈义华课题组郭正彦，张雨薇为本文的共同第一作者。王军研究员和陈义华研究员为共同通讯作者。本研究受到了中国科学院战略先导项目“病原体宿主适应与免疫干预”、科技部重点研发、国家自然科学基金委相关人才计划项目（陈义华）、面上项目和“糖脂代谢的时空网络调控”重大研究计划培育项目，以及北京市科技新星项目的支持。 　　  　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41587-022-01226-0
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  • 《微生物生理代谢研究组在微生物调控元件资源应用中取得进展》
    • 来源专题：生物安全知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：hujm
    • 发布时间：2018-04-06
    • 微生物无处不在，为了适应环境，微生物进化出了感知各种环境因子的遗传元件。其中，別构转录因子（allosteric transcription factor，aTF）集小分子效应物结合结构域与DNA结合结构域于一身，能够通过结合效应物触发别构效应进而精准地调控靶基因的转录，已经在合成生物学遗传电路开发中得到广泛应用。微生物生理代谢研究组基于多年来对原核生物aTF的认识，利用aTF特有的识别小分子的潜力，首次将其在体外作为全新的识别元件开发小分子检测方法，相关文章已于2017年发表于Chem Commun1并被遴选为back-cover。 近日，为了更好的利用aTF资源开发更便捷、廉价的小分子检测方法，微生物生理代谢研究组首次将aTF识别的小分子信号与等温链替换扩增反应（strand displacement amplification, SDA）实现偶联。从而将在核酸检测领域中广泛使用的SDA扩增方法拓展到小分子检测领域。该策略原理如图：使用Klenow聚合酶（Klenow fragment，KF）与aTF竞争结合引物末端，当不存在靶标小分子时，aTF的结合在空间上位阻了KF介导的SDA；当存在靶标小分子时，小分子使aTF从引物末端解离，从而KF得以启动多轮SDA反应，将小分子信号转换为扩增的G-四链体DNA信号。G-四链体既可以与荧光染料ThT结合，输出荧光信号；也可以与Heme形成DNAzyme，在H2O2介导下氧化ABTS2-，输出可视化颜色变化信号。利用以上策略，微生物生理代谢研究组成功实现了环境污染物对羟基苯甲酸和临床标志物尿酸的检测方法开发。相关文章于近日再次发表在Chem Commun2，并再次被遴选为back-cover。同时也申请了相关专利。
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