解淀粉芽孢杆菌及其生物合成环脂肽抗生素条件研究

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解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)是重要的生防菌株,可分泌多种具有重要生物活性的次级代谢产物,其中环脂肽(CLPs)抗生素因其良好的环境相容性、较高的杀菌效果而有着巨大的应用前景。然而由于合成能力的限制,来源于芽孢杆菌生物CLPs至今还未应用于植物病害的防治。本文以樟树(Cinnamomum camphora)内生细菌CC09菌株为材料,通过菌株鉴定、抗真菌活性成分的分离和结构鉴定、发酵条件的优化以及转录机器RNA聚合酶的突变,综合研究了解淀粉芽孢杆菌CC09菌株的生防活性及其生物合成CLPs的条件,为该菌株及其活性成分CLPs的产业化提供理论基础和应用技术。主要研究结果包括:1.根据形态观察、生理生化反应检测及功能基因的序列分析,内生细菌CC09菌株被鉴定为解淀粉芽孢杆菌(B. amyloliquefaciens CC09)。该菌株培养2d的发酵液对大豆炭疽病菌(Glomerella glycines)、立枯丝核菌(Rizoctonia solani)、小麦链格孢菌(Alternaria alternate)、禾谷镰刀菌(Fusarium graminearum)、尖孢镰刀菌(Fusarium oxysporum)和辣椒疫霉菌(Phytophthora capsici)菌丝生长的抑制率分别有95%、86%、81%、57%、37%和18%。2.采用现代分离技术,从CC09菌株代谢产物中分离到抗真菌活性成分;质谱和核磁分析表明其活性成分为CLPs化合物Iturin A,包括Iturin A2、Iturin A3和Iturin A6;利用特异引物的PCR扩增及扩增产物的序列分析,发现CC09菌株基因组中除含有Iturin A合成酶基因簇,还含有Surfactin和Fengycin合成酶基因簇。3.采用单因素和正交设计实验,优化了CC09菌株的发酵条件,最佳培养基组成(g/L):可溶性淀粉5,蛋白胨/酵母粉(3:1)15,NaCl1,pH6.0;最佳培养条件:装液量20%,接种量1%,28℃,120rpm,发酵时间36.5h。在此条件下, Iturin A和surfactin的产量分别为690μg/mL,较优化前产量提高4倍。此外,还评价了CC09菌株及其发酵液对家蚕的生物安全性。4.利用含利福平平板筛选自然突变技术,共获得77株抗利福平CC09突变体,其中23株抗真菌活性显著提高,占总突变株的30%。通过对13株突变体的rpoB基因序列分析,共发现6类氨基酸突变,包括H485R, H485C, H485R,S490L和S490L/S617F,其中突变H485R使CLPs合成能力提高2-3倍;突变H485C对CLPs的合成无明显影响,而其它突变均使CC09菌株合成CLPs能力显著降低。这些突变菌株的获得,为研究解淀粉芽孢杆菌生物合成CLPs的转录调控机理奠定了基础。综上所述,可以利用发酵条件优化和转录机器RNA聚合酶的突变提高解淀粉芽孢杆菌CC09产活性代谢产物CLPs的能力,为其工业化应用和生物合成CLPs的转录调控机理研究奠定基础。
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