嗜酸放线菌的次级代谢潜力发掘与生态功能研究

嗜酸放线菌广泛分布于酸性土壤中。我们前期的研究发现，我国酸性土壤中的嗜酸放线菌不仅多样性丰富，而且生物活性好、次级代谢潜力突出。本项目拟利用已建立的次级代谢关键酶(PKS/NRPS)和后修饰酶-卤化酶(halogenase)和环氧化酶(epoxidase)基因筛选技术，对已收集的嗜酸放线菌进行全面筛查；进而结合酶基因氨基酸序列系统发育分析和产物解析，发掘相应的天然产物，进一步揭示放线菌次级代谢产物与功能基因之间的相关性，建立放线菌资源开发的新途径。同时，选择具有代表性且分离菌株多样性丰富的酸性土壤样点，分析土壤参数和分离菌株的降解、固氮、抑菌等活性，揭示嗜酸放线菌在土壤物质循环和生态维持中的作用；对次级代谢产物丰富新颖和具有明显生态功能的物种进行基因组学分析和生态生理学分析，充分认识其基因型和表型特征，探索放线菌的次级代谢与生态功能的关系。

放线菌是产生天然生物活性物质的重要微生物资源，广泛分布于多种生境，在有机物的降解和物质循环中亦发挥着重要作用。我国南方分布着大面积红壤，因其缺乏有机碳，富含铁﹑铝氧化物，呈酸性、红色，是嗜酸和耐酸放线菌的适宜栖息地。我们通过培养手段研究了江西省六个地区红壤中放线菌的多样性、次级代谢潜力和可能的生态功能。600株分离菌株绝大多数属于嗜酸放线菌（71%），其余为耐酸放线菌；它们分布于放线菌纲的7个目、10个科、26个属，多样性远高于其他酸性土壤的报道，其中链霉菌属占绝对优势。分离菌株形成的147个系统发育型中，至少49个可能代表新物种，归属于链霉菌属和14个稀有菌属，其中3个新物种已生效发表。红壤放线菌具有突出的抗MRSA、抗真菌活性和几丁质降解活性，提示它们在红壤生物互作和物质循环中发挥着生态功能。基于次级代谢基因筛选和生物活性分析结果，半随机地对分布于20个属的107株放线菌进行了化学分析，从52株菌中发现了至少193个化合物，其中125个可能是新化合物，由12个属的39株菌产生；根据产物结构类型，提出红壤放线菌可能主要通过产生聚醚类离子载体、铁离子载体以及几丁质酶来共同拮抗环境中的真菌。从中解析了至少14个新化合物的结构，包括4个具有罕见肟化修饰的线性核糖体肽类化合物--唑霉素（azolemycins A-D），2个由红壤链霉菌新种群Streptomyces rubrisoli sp. nov. 产生的大环内酯类新骨架化合物FXJ15321和FXJ15322，2个首次从微生物中发现的二苯并氧杂吖庚因酮（dibenzoxazepinone）类化合物mycemycins A、B，和1个隐性的环缩酚酸肽类新化合物NC-1。揭示了链霉菌FXJ1.264所产生的azolemycin的生物合成机制，和链霉菌FXJ1.172所产生的thienodolin的部分生物合成机制。此项研究表明，红壤放线菌是寻找新天然产物的理想资源，其中链霉菌科、假诺卡氏菌科和链孢囊菌科分离菌株的多样性和次级代谢潜力突出；红壤放线菌天然产物很可能在环境病原菌生防中具有重要功能，值得进一步研究和开发。