毛醌素生物合成途径解析及其调控

Piloquinone is a 9, 10-phenanthrenequinone with antitumor, antibactial bioactivities and produced by Streptomyces pilosus. Various substituents and theirs positions in the structure have different effect on their function and bioactivity. Basing on the preliminary results of genome sequencing, bioinformatic analyses, gene cluster prediction and pivotal gene inactivation, we have found a type II polyketide biosynthesis gene cluster is responsible for the production of piloquinone in Streptomyces pilosus. In this research, we aim to identify the complete piloquinone gene cluster and the functions of genes important for piloquinone biosynthesis, such as those encoding tailoring enzymes and regulator proteins, by synthetically employing technologies, genes in-frame deletion, heterologous expression of gene cluster, analyses of intermediates, mutants bioconversion experiments, enzymes expression in E. coli, enzymes assays, RT-PCR, EMSAs and DNaseI footprinting. Then piloquinone biosynthetic pathway and its’ regulation could be elucidated basing on the analyses of genes function, which will contribute to yield improvement and gaining new derivatives of piloquinone or phenanthrenequinones.

毛醌素是由毛链霉菌产生的9,10-菲醌类化合物，此类化合物具有重要的功能及抗肿瘤、抗炎和杀菌等生物活性。分子中含有三个苯环成角型排列的独特菲醌结构，其结构的微小变化能造成功能及活性的显著差异。目前，由于毛醌素生物合成途径及调控尚不清楚，缺少利用合成生物学手段进行理性药物创新和产量提高等绿色合成方法必要的生化与分子生物学基础。本项目以毛链霉菌为实验材料，在基因组测序、生物信息学分析基础上运用基因敲除、异源表达等技术确定毛醌素生物合成基因簇；通过基因簇中修饰酶基因敲除、中间体鉴定及体外生化实验等鉴定修饰酶基因功能，实现毛醌素生物合成途径的初步解析；利用定量RT-PCR、EMSAs及DNaseI足迹法等技术和方法明确基因簇中调控基因的功能及对毛醌素生物合成的调控。本项目的完成将为毛醌素等菲醌类化合物的分子结构改造和产量提高等研究奠定基础。

毛醌素是由毛链霉菌产生的9,10-菲醌类化合物，此类化合物具有重要的功能及抗肿瘤、抗炎和杀菌等生物活性。分子中含有三个苯环成角型排列的独特菲醌结构，其结构的微小变化能造成功能及活性的显著差异。目前，由于毛醌素生物合成途径及调控尚不清楚，缺少利用合成生物学手段进行理性药物创新和产量提高等绿色合成方法必要的生化与分子生物学基础。本项目以毛链霉菌为实验材料，在基因组测序、生物信息学分析基础上运用基因敲除、异源表达等技术确定毛醌素生物合成基因簇，基因簇大小为31.6kb，包含21个基因；对基因簇中21个基因进行in-frame敲除、分离纯化鉴定了两个可能中间体的结构，初步确定了基因功能，对毛醌素生物合成途径进行了初步推测。本项目的完成将为毛醌素等菲醌类化合物的分子结构改造和产量提高等研究奠定基础。