菌株互作介导的红壤链霉菌天然产物发掘与产物生态活性研究

In situ coexistence of streptomycetes and other microorganisms engages a wide range of interspecies interactions mediated by natural products (NPs) from streptomycetes while the biosynthesis of many NPs is reversibly regulated by these interactions, which casts new light on the NPs’ discovery and evaluation of their ecological function via microbial interactions. In our preliminary studies, red soil streptomycetes were validated as prolific novel NPs producers which also harbored great untapped biosynthetic potential while the ecological roles of streptomycetes and their NPs in the natural habitats are barely investigated. In this project, we will leverage ecological theory combined with genomics, natural products chemistry and molecular biology and strain interaction techniques, to activate the “silent” biosynthetic gene clusters for novel NPs production and unravel the underlying mechanisms. In addition, we will also reveal the potential ecological roles of some characteristic NPs produced by red soil streptomycetes. The results obtained from this project will facilitate further exploitation of NPs resource from streptomycetes and provide valuable guidance for detailed elaboration of their ecological function.

自然环境中链霉菌同其他微生物间存在着广泛的菌株互作，其中许多互作现象是由链霉菌产生的天然产物所介导，同时天然产物的产生也受到菌株互作的影响，这为利用菌株互作发掘天然产物和研究产物生态功能提供了重要理论指导。我们在前期研究中发现，红壤链霉菌是新天然产物的重要来源并具有丰富的生物合成潜力有待开发，而当前对于红壤链霉菌及其产生的天然产物在自然环境中的生态功能还知之甚少。本项目将综合生态学、基因组学、天然产物化学和分子生物学理念，借助菌株互作等研究手段，一方面激活红壤链霉菌沉默基因簇表达获取新的天然产物并对激活机制进行初步探讨；另一方面探索红壤链霉菌特定类型次级代谢产物可能的生态活性。本项目将促进链霉菌天然产物资源的开发并为生态功能研究提供指导。

自然环境中链霉菌同其他微生物间存在着广泛的菌株互作，其中许多互作现象是由链霉菌产生的天然产物所介导，同时天然产物的产生也受到菌株互作的影响，这为利用菌株互作发掘天然产物和研究产物生态功能提供了重要理论指导。我们在前期研究中发现，红壤链霉菌是新天然产物的重要来源并具有丰富的生物合成潜力有待开发，而当前对于红壤链霉菌及其产生的天然产物在自然环境中的生态功能还知之甚少。本项目将综合生态学、基因组学、天然产物化学和分子生物学理念，借助菌株互作等研究手段，一方面激活红壤链霉菌沉默基因簇表达获取新的天然产物并对激活机制进行初步探讨；另一方面探索红壤链霉菌特定类型次级代谢产物可能的生态活性。. 本研究在预实验基础上选取4株不同属种的含枝菌酸菌（MACB）和44株分离自红壤的链霉菌，分别进行成对共培养发酵，通过发酵产物的高效液相色谱分析、高分辨质谱分析和抑菌活性测定等，研究了MACB对这些链霉菌次级代谢的影响。结果表明，每株MACB均对绝大部分链霉菌的次级代谢具有诱导作用，分别改变了35–40株链霉菌的次级代谢产物谱，其中12–14株链霉菌在共培养时产生了纯培养条件下未检测到的“新”代谢产物，20–30株链霉菌的原有纯培养代谢产物在共培养时产量增加。此外，产物活性测试发现，相较于纯培养对照，部分共培养的代谢产物中出现了“新”的抑菌活性，表明共培养产生了具有生物活性的“新”化合物。从共培养激活的代谢产物中发现了23个可能的新化合物，主要包括聚酮类和未知类型的化合物。其中链霉菌FXJ1.264FDM和分枝杆菌HX09-1共培养产生了6个结构类似的“新”化合1.264HX-1–6（1–6），但该系列化合物结构不稳定，易相互转变。对其中较为稳定的1.264HX-3（3）进行了制备和纯化，得到黄色粉末状化合物，具有一定的抗氧化活性。进而以链霉菌FXJ1.264FDM和分枝杆菌HX09-1的共培养为例初步探究了共培养诱导产生天然产物的可能机制。结果发现分枝杆菌HX09-1单独发酵的产物或其高温灭活后的细胞均不能对链霉菌FXJ1.264FDM产生诱导效果，提示这一激活作用依赖于两株菌活细胞间的直接物理接触。本项目将促进链霉菌天然产物资源的开发并为生态功能研究提供指导。