科研前沿 | PNAS:多组学联合分析:厌氧肠道真菌是未开发的天然产物库

2021
07/11

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微生态
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导读  

厌氧真菌(新美鞭菌纲,class Neocallimastigomycetes)是生长在食草动物消化道的低丰度成员。厌氧真菌的基因组特征的了解还十分有限,并且还没有对天然产物的生物合成酶行广泛的挖掘,例如抗生素。在这儿,我们研究了厌氧肠道真菌合成可以调节肠道微生物群落成员的天然产物的潜力。利用多组学联合分析的方法对四种不同的具有代表性的厌氧肠道真菌的天然产物进行了分类,这四种真菌为:厌氧鞭菌属(Anaeromyces robustus, A. robustus),瘤胃厌氧真菌属(Caecomyces churrovis, C. churrovis), 新美鞭菌属(Neocallimastix californiae, N. californiae)以及梨囊鞭菌属(Piromyces finnis, P. finnis)。一共鉴定出146个基因,它们为不同类型的编码天然产物的生物合成酶,包括非核糖体肽合成酶(NPRS)和聚酮合酶(PKS)。并且,N. californiae 以及C. churrovis基因组编码7种可能的细菌素,细菌素是一类通常由细菌产生的抗菌肽。在以植物生物质或可溶性底物中生长时,这四种菌株的所有核心生物合成基因有26%被转录。在以纤维二糖为底物中生长时,这四种真菌的全部生物合成基因产物中,有30%的产物被蛋白质组检测到。液相色谱-串联质谱法(LC-MS/MS)在A. robustus培养基上清中检测到72种可能的天然产物。所有四种厌氧真菌产生的化合物都被推测为聚酮合成相关的苯乙烯吡喃酮baumin。分子网络模型量化了这几种真菌产生的天然产物的串联质谱(MS/MS)谱图之间的相似性,从而能够识别出厌氧真菌特有的三组天然产物。总体来说,这些结果说明肠道厌氧真菌可以合成天然产物,这些天然产物可以作为抗菌剂、治疗剂和其他生物活性化合物的来源


 

论文ID


 

名:Anaerobic gut fungi are an untapped reservoir of natural products

厌氧肠道真菌是未开发的天然产物库

期刊PNAS

IF:11.205

发表时间:2021.04.27

通讯作者:Michelle A. O’Malley

通讯作者单位:加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校化学工程学系


实验设计



结果与讨论


厌氧肠道真菌基因组编码多种天然产物和抗菌肽的生物合成酶
之前我们从新美鞭菌纲中分离到四种厌氧肠道真菌,并对它们进行了基因组测序。通过 antiSMASH version 3.0去挖掘厌氧鞭菌属(Anaeromyces robustus, A. robustus), 瘤胃厌氧真菌属 (Caecomyces churrovis, C. churrovis), 新美鞭菌属 (Neocallimastix californiae, N. californiae) 以及梨囊鞭菌属(Piromyces finnis, P. finnis)的基因组,一共发现146个基因编码负责合成各种类型次生代谢物的酶(图1)。这些酶中包括典型的酶类,如聚酮合成酶(PKSs)和非核糖体肽合成酶(NRPSs),以及基于ClusterFinder算法推测的酶类。四种菌株中预测的核心生物合成基因或骨干基因的数量占总基因的比例与高产曲霉菌的次生代谢相匹配 ( 表S1),每个菌株大约包含50 ~ 70个骨干基因。新美鞭菌纲每个菌株中的骨干基因在数量上都超过了壶菌门其他成员一个数量级(表S1)。
 

图1. 厌氧真菌基因组揭示了许多不同类型推测的天然产物。厌氧真菌基因组揭示了许多不同类型的可能的自然产物。厌氧真菌的基因组通过带有ClusterFinder选项的profile Hidden Markov模型的antiSMASH 3.0去挖掘其生物合成基因簇和簇的类型。*Cf= ClusterFinder。识别的基因簇。ClusterFinder算法扩展了次级代谢物搜索,以包括未知类型的生物合成基因簇,该簇基于簇内和簇外常见蛋白质家族结构域的出现。
 
令人惊讶的是,antiSMASH在厌氧真菌的基因组中鉴定出了9个细菌素,或抗菌肽(AMPs),这些通常认为是由细菌产生。在N. californiae发现了2个预测肽,在C. churrovis发现了4个独特的肽序列。我们将antiSMASH与其他特意设计用于从序列中识别AMPs的工具进行了比较验证。我们使用Antimicrobial Peptide Calculator and Predictor和CAMPSign查询了6个独特的细菌素氨基酸序列。虽然在CAMPSign中没有一个序列属于的45个AMP家族,但随后对AMP数据库进行比对分析表明,所有序列与公认的细菌素或乳球菌素972具有至少31.6%的同源性 (SI附录,数据集S1)。位于C. churrovis Scaffolds 90 和Scaffolds 616以及N. californiae的Scaffolds 388上的细菌素被转录,但在蛋白质组中未检测到。综上所述,这些结果表明,C. churrovisN. californiae的基因组除了编码PKSs和NRPSs外,还编码潜在的AMPs。
为了进一步确认厌氧肠道真菌的生物合成基因,我们将antiSMASH预测结果与联合基因组研究所(JGI) MycoCosm门户网站的Secondary Metabolite Unknown Regions Finder (SMURF)算法预测的次级代谢产物基因进行了比较(SI附录,数据集S2)。除 A. robustus 之外的所有菌株,antiSMASH在使用了ClusterFinder算法后,预测出了更多的生物合成基因,因为它比SMURF检测到更广泛的自然产物类别,包括细菌素和脂肪酸类及糖类衍生物等。对于A. robustus, SMURF预测到另外有5个PKS-like生物合成基因。尽管存在这些差异(在SI附录,补充文本中有更详细的讨论),antiSMASH或SMURF预测的每个 Scaffold 上的生物合成基因的大部分区域是相同的。每一株真菌中,SMURF预测的主干基因上,共有90%位于同一个或重叠的Scaffold区域,antiSMASH也在该Scaffold区域鉴定到生物合成基因。
 
厌氧真菌的生物合成基因是与非传统基因分离的或是聚类的
真菌次生代谢的生物合成酶通常 (但不总是)由染色体上与生物途径中的其他基因局部聚集的基因编码,例如编码修饰酶、转运蛋白、自我抗性基因和转录因子的基因。AntiSMASH基于GlimmerHMM预测了这些基因簇的附属基因,最远的基因之间的距离高达20 kbp。根据RNA-seq数据,antiSMASH是一个较差的预测附属基因的工具。为了描述每个基因簇的附属基因,我们整合了多种基因预测模型,包括GeneMark、fgenesh以及只包含经RNA测序验证的基因(Materials and Methods)。这些基因簇在MycoCosm门户网站的Secondary Metabolite Clusters feature以及SI附录中的数据集S3中展示。
大约60%的具有RNA-seq支持的骨干基因位于两个或两个以上基因簇中,40%的骨干基因被分离出来(相邻基因的距离大于10kbp或与RNA-seq覆盖率较低的基因)。对于位于基因簇中的厌氧真菌的骨干基因,一些邻近的基因通常在细菌或其他真菌生物合成基因簇中都没有发现。许多邻近的基因编码推测的蛋白或缺乏任何基于同源性的注释。然而,在某些情况下,邻近的基因包括溶质转运体和负责翻译后修饰的酶(例如,磷酸化和棕榈酰化),这在生物合成基因簇中更为常见。值得注意的是,只有位于P. finnis的Scaffold 39上的PKS-like基因簇(核心基因MycoCosm Protein Id 358210)包含一个假定的转录因子(414496)。然而,位于 A. robustus 的Scaffold 258上的PKS和位于N. californiae的 Scaffold 59上的PKS类基因簇均含有锚蛋白重复序列的蛋白质(A. robustus270780和N. californiae 668532),这些蛋白质可能是其他几种真菌中发现的bANK家族转录因子。预测的肠道真菌蛋白与其他bANK蛋白中发现的碱性氨基酸基序不匹配,但该基序对转录因子活性来说不是必需的。
非传统邻近基因出现在不止一个基因簇,这些基因包含c型凝集素(N. californiae protein Ids 502167和674020以及 P. finnis 349079),肽酶(C. churrovis519541和P. finnis 241287)和EF-手性超家族的钙调节蛋白相关蛋白 (A. robustus27040和C. churrovis 200925)。虽然这些基因的功能尚不清楚,但有可能是自我抗性基因。在细菌和真菌的生物合成基因簇中都发现了自我抗性基因。另一个可能的自我抗性基因是C. churrovis 17006,编码核糖体蛋白L19e(真核生物和古细菌特有),这表明由蛋白Id 17094编码的骨干酶可能合成具有抗其他真核生物活性的化合物。有人认为,核糖体L11蛋白的变异拷贝可能是蜡样芽孢杆菌(Bacillus cereus)ATCC 14579的自我抗性基因,该菌是硫代西林的生产者,但这些还没有被证明。这些非传统邻近基因在厌氧真菌基因簇中的功能以及它们是否在肠道真菌次级代谢中发挥作用仍有待确定。
 
生物合成基因序列支持从其他瘤胃微生物水平基因转移作为获取机制
我们比较了编码核心生物合成酶的基因与其他生物的相似性,以推断基因的新颖性和系统发育起源。 20%核心生物合成基因中比对得分最高的是与其他真菌基因(图2;蛋白序列相似性大于30%;覆盖率大于25%;E值小于1 × 10−8)。大多数同源的基因来自其他早期分化真菌的假设的或者未确认特征的蛋白,少量的来自更高级真菌的基因。高等真菌的同源基因中有80%来自担子菌,可能是由于草食性动物对于担子菌的摄入并且进行基因水平转移(HGT)。但63%的肠道真菌核心生物合成基因似乎来自于细菌而不是真菌。
由于N. californiae的碳水化合物活性酶的高水平基因水平转移,我们探索了这些真菌中是否存在来自细菌基因水平转移的核心生物合成基因。对PKS酮合酶结构域以及NPRS凝集结构域进行了系统发育树分析。这些结构域将额外的亚基加到延长的产物链上,并且对于整个生物合成基因的构建系统发育分析时可以作为可靠的指标。然而,PKS基因没有从细菌发生基因水平转移,因为酮合酶结构域没有嵌套在细菌的序列中,并且只有10%的结构域与细菌的为姐妹结构域。一些细菌在瘤胃中是固有的,如纤维素梭状芽胞杆菌,因此这支持了一些生物合成基因可能是从细菌水平转移过来的假说。大多数转录的NPRS基因不是基因簇的一部分。因此,真菌中至少有一部分NRPS基因可能是通过单个细菌基因的HGT或一个操纵子的转移以及邻近基因的丢失而获得的。
同样的,对细菌素进行了系统发育分析(SI附录,图S2-S7)。除了C. churrovis Scaffold 90 和Scaffold 616上的细菌素,推测的细菌素是纤毛亚门(Ciliophora)、厚壁菌门(Firmicutes)或放线菌(Actinobacteria)的姊妹基因(SI附录,图S2和S5-S7),它们与来自有孔虫界(Rhizaria)的真核生物关系最密切(SI附录,图S3和S4)。因此,肠道真菌细菌素可能是从原生动物或瘤胃中的细菌获得的。已经有实例证明细菌和真菌以及在真菌之间通过HGT作为获取生物合成基因簇(BGCs),尽管这种BGC 以及HGT机制先前尚未在瘤胃中证明。但是,对于HGT而言,对细菌素的确定不如对NRPSs的明确,因为为了鉴定同源物,有必要将E值的阈值放宽到0.1,并扩大搜索数据库以包括海洋微生物真核生物转录组测序项目(MMETSP)。然而,肠道真菌基因组中天然产物的某些遗传潜力可能是由于它们在复杂微生物群落进化所致。
由于总生物合成基因中有20%与其他真菌在序列上相似,因此我们研究了次级代谢调控中是否也存在相似性。Velvet调节蛋白,在velvet结构域上有150个氨基酸,已知其通常以复杂的甲基转移酶LaeA和其他的velvet蛋白形式在其它真菌调控次生代谢。A. nidulans的发育调节因子基因vosA的蛋白的N末端包含了velvet结构域,其同源基因存在于C. churrovis(MycoCosm蛋白Ids 623244和624976),N. californiae(112212)和P. finnis(179530)基因组。这些蛋白质的主要同源区域集中在 velvet 结构域,在velvet结构域的远端具有一些保守的氨基酸(SI附录,表S2和数据集S4–S6)。在其他壶菌门(Chytridiomycota)的基因组中也发现了含有velvet结构域的基因,例如蛙壶菌(Batrachochytrium dendrobatidis)。然而,壶菌类的基因组在厌氧真菌中是独特的,因为它们的基因组不仅包含velvet同源物,而且还包含用于次级代谢的生物合成基因。因此,厌氧性肠道真菌的发育和次级代谢可能受含velvet结构域的蛋白质与其他蛋白质协同作用的调节。目前,类似于丝状真菌,尚不知道velvet蛋白是否与LaeA-like甲基转移酶形成复合物。
 

图2. 厌氧真菌生物合成基因与细菌的相似性最大。利用在NCBI非冗余蛋白数据库中BLAST+查询,antiSMASH鉴定出的至少三个结构域的核心生物合成基因。Top hits(bitscore最大)的e值小于1×10-8,相似度大于30%,覆盖率大于25%按分类分类为每个生物合成基因。
 
聚酮合成酶在厌氧肠道真菌的种属之间是保守的
虽然厌氧肠道真菌的一些核心生物合成基因与细菌或高等真菌同源,但大多数的聚酮合酶(PKS)是厌氧肠道真菌所特有的。平均而言,PKS基因与其得分最高的同源物(不包括Neocallimastigomycetes)仅具有34%的氨基酸同一性,并且最高的相似性仅为39%(C. churrovis Scaffold上的PKS)。我们假设存在于多种肠道真菌菌株中的PKS基因具有重要的生物学功能,可通过促进其独特的生命周期或远离微生物竞争者而提高厌氧性肠道真菌的适应性。在所有四种真菌菌株中,通过antiSMASH一共鉴定到了23个含四个或四个以上酶结构域的I型PKS迭代基因。OrthoFinder将这23个PKS基因分为6个PKS家族。SI附录的表S3中列出了完整的OrthoFinder结果,包括被SMURF鉴定为PKSs的其他基因,其中一些被antiSMASH分类为ClusterFinder脂肪酸。在三种或三种以上的菌株,所有的PKS家族都含有antiSMASH预测的基因,并且PKS家族1,2和4在所有四种真菌中都存在。PKSs相应的基因簇包含同源临近基因(图3),这表明每个家族中的聚酮可能行使相同的功能。通过对A. robustusC. churrovisN. californiae以及P. finnis的PKS基因进行系统发育分析(图S8),证实了不同真菌属的PKS基因之间的密切进化关系。在之前所述的体外培养时,所有的PKS基因均被转录。
 为了探讨PKS基因簇中相邻基因的保守性,我们比较了来自PKS家族1的PKS基因簇(图4)。C. churrovisA. robustus之间有6个基因保守,N. californiaP. finnis之间有3个基因保守。在所有四个菌株中,PKS基因和一个功能未知但包含40个重复的WD-(色氨酸-天冬氨酸)的基因是保守的。PKS基因存在于N. california基因组的两个拷贝中,一个在scaffold 26上,另一个在scaffold 182上。在scaffold 182上的基因簇包含一个Rap1 - GTPase激活蛋白(Protein Id 705610),它是A . robust Protein Id 283391的同源蛋白。这些基因簇中的所有组成基因都具有转录活性。这些基因簇可能构成了聚酮生物合成途径,但这些基因簇也可能是真菌菌株之间保守的基因组共线性区域的人工产物。无论PKS基因产物是独立地合成聚酮还是参与更多的复杂生物合成途径,PKS基因的保守性表明该聚酮可能具有重要的生物学意义。一个可能是聚酮调节厌氧肠道真菌的复杂生命周期。在厌氧肠道真菌的生命周期中,游动孢子囊进入植物并生长成营养状态,这一状态发展出名为孢子囊的生殖囊,可携带许多游动孢子。其他真菌中次生代谢物被认为是调节形态和分化的,特别是子囊菌的孢子。
 
 

图3. 在新美鞭菌纲中许多PKS家族是保守的。四个真菌菌种中通过antiSMASH预测到23个PKS基因,可以分为6个PKS家族。图中每个物种只描绘了一个成员。每个聚类中相邻的同源基因定义为从E-value阈值为10-5的基因组之间过滤的模式蛋白中得到的双向最高得分的BLASTp结果,并通过每个PKS家族的对应的颜色来表示。附件基因的完整注释可以在SI附录,数据集S3中找到。三角形:PKS;圆圈:翻译后修饰酶;星号:被描述为单基因的多基因;方形:转运蛋白;正方形:所有其他的基因。
 

图4. 四种厌氧肠道真菌中PKS基因簇是保守的。50 bp及以上至少35%的同源性区域在基因之间以灰色突出显示。蓝绿色的PKS基因和带有WD 40重复序列的未知功能的红色基因在所有四个菌株中都是共享的。有关蛋白质注释的完整列表,请参见SI附录,数据集S3。图使用Easyfig生成。
 
 
转录组学、蛋白质组学和N6-甲基化表明厌氧肠道真菌的许多生物合成基因在标准实验培养过程中是活跃的
随着肠道真菌基因组中生物合成基因的存在的确定,我们探索了这些基因表达的比例。我们通过转录组学、表观遗传学以及蛋白质组学,我们证明了厌氧肠道真菌核心生物基因的一部分进行了转录和翻译。在所有四种真菌菌株中,共有131个具有3个或更多催化结构域的生物合成基因,其中34个在标准生长条件下的对数生长中期被积极的转录,而其余的则是沉默的(图5)。在所有四种厌氧肠道真菌中,转录基因的比例在22 - 31%之间变化。使用5种不同的营养复杂程度和利用率的培养基配方(SI附录,表S4), N. californiae中13个骨干基因受到差异调控(图S9)。信使RNA(mRNA)的存在及其调控是很有希望的指标,一些次级代谢产物的基因即使当厌氧肠道真菌培养在天然环境之外依旧活跃。这些结果也与Amos及其同事最近的发现一致,他们发现一些生物合成基因在对数生长中期被积极转录,而不仅仅是在平衡期。然而,有可能更多的基因在稳定后期表达,但由于在该阶段收获的培养物中普遍存在高度降解的mRNA,转录组学没有对此进行检测。
早期分化真菌中活性基因的另一个指标是启动子区域上腺嘌呤N6甲基化标记的存在。P. finnis中13个核心基因中的6个、C. churrovis中14个核心基因的8个,以及A. robustus中46个核心基因中的3个(SI附录,数据S8)都在转录起始位点500 bp范围内存在致密的甲基化腺嘌呤簇(MACs)。此外,各基因簇的邻近基因也被MACs标记,包括A. robust中34个邻近基因、P. finnis 33个邻近基因以及C. churrovis 43个邻近基因。antiSMASH鉴定的1型PKS基因高度甲基化,包括P. finnis的7个中的5个PKS基因以及C. churrovis 6个PKS基因中的5个。这些数据证实了转录组学的结果,厌氧肠道真菌的主干基因和相关基因簇的重要部分标准培养条件下积极转录。
最后,我们在真菌胞内蛋白的膜结合部分和胞质部分寻找可检测的蛋白。蛋白质组学表面,所有四种菌株中至少30%的总生物合成酶被转化为蛋白质(SI附录,表S5),从而增加了实验培养过程中厌氧肠道真菌的次级代谢功能活跃的可能性。值得注意的是,所有属于家族1的PKSs拷贝都得到了表达(SI附录,表S5)。此外,C. churrovisN. californiaeP. finnis的基因组的PKS家族4和6也会表达。所有的证据(转录组, N6-甲基化和蛋白质组学)表明,53%的核心生物合成基因是有活性的。
 

图5. 标准实验培养过程中厌氧肠道真菌一些核心生物合成基因是被转录的。转录组是之前从草和可溶性糖培养的厌氧真菌中获得)。灰色条表示在转录组中存在的生物合成基因数量,空白条表示在转录组中不存在的基因数量(沉默的)。转录基因的百分比以黑色三角形(副轴)表示。
 
利用分子网络串联质谱技术对三种天然产物进行可视化研究
为了进一步验证厌氧肠道真菌合成的天然产物,我们采用液相色谱-串联质谱(LC-MS/MS)分析了A. robustusC. churrovisN. californiaeP. finnis的非极性代谢物。我们首先利用Global NaturalProducts Social Molecular Networking(GNPS)平台构建了分子网络,以基于从 A. robustus N. californiae的LC-MS/MS的结果去区分天然产物的类别。为了区分是由A. robustusN. californiae分泌的化合物还是已经存在于复杂培养基的化合物还是由于草芦灭菌后产生的化合物,我们构建了一个分子网络,显示了A. robustusN. californiae分泌的非极性代谢物和培养基中固有的化合物的是两种对立的情况。三簇网络中的大部分节点(图6)仅存在于厌氧真菌菌株中。没有一个节点与GNPS中的图谱库匹配。同样的,我们构建了C. churrovisP. finnis非极性代谢物的分子网络(SI Appendix, Datasets S9和S10),并在真菌上清的鉴定中发现了12个节点,但在对照和GNPS质谱库中没有。这些发现支持了厌氧肠道真菌产生菌株特异性和保守的次级代谢产物的假说。由于厌氧真菌的培养需要使用含有少量澄清的瘤胃液的复杂的培养基,预计其中含有天然微生物分泌的低浓度的次生代谢物,真菌上清液和生长培养基中均可能存在其他天然产物。
 

图6.厌氧鞭菌属和新美鞭菌属的非极性非靶向代谢组学构建的分子网络说明了化学多样的代谢产物和天然产物。红色矩形包含假定的天然产物簇(A、B、C)和baumin(D)。A、B、C簇在网络下面放大,鲍明的化学结构如图D所示。节点颜色如下:
蓝色=仅在N.californiae上清液中检测到的,粉红色=仅在 A.robustus 上清液中检测到的,淡紫色=N.californiaeA. robustus,绿色=对照(灭菌和含草的液体培养基),灰色=真菌上清液和对照。自环节点在baumin以下被截断。
 
厌氧肠道真菌产生一种与抗氧化剂Baumin相关的聚酮肽
A. robustus中检测到的72种化合物,其中一种的裂解图谱与精确质量与苯乙烯基吡喃酮Baumin。苯乙烯基吡喃酮存在于蘑菇中,特别是在药用蘑菇中,这种化合物被认为具有类似于植物中类黄酮的作用,如抗氧化。Baumin最初被发现是真菌Phellimus baumii(现在更名为Sanghuangporus baumii)的产物,该真菌属于担子菌门(Basidiomycota)。该化合物被推测为Baumin,C.churrovis, N. californiae以及P. finnis也能产生。在所有的菌株中,在真菌培养物的上清中观察到的浓度是生长培养基的十倍或更大。我们还使用SIRIUS以及CANOPUS去预测观察到化合物的结构和类别。SIRIUS预测到的是类黄酮,而CANOPUS预测到的是羟基类黄酮,而不是Baumin。然而,通过对MycoCosm网站所注释的A. robustus的代谢途径进行分析,我们发现A. robustus缺乏编码类黄酮生物合成酶的基因。此外,对更高等真菌的类黄酮合成酶与A. robustus的进行序列比对,没有发现同源性。因此,Baumin仍然是该未知化合物的首选候选物。Baumin是一种直接从厌氧肠道真菌中检测到的次级代谢物,可能在宿主动物进食后的瘤胃中起到清除氧气的作用。Hobson报道说超过0.6%的氧气短暂存在于瘤胃的气体中。目前还不知道S. baumii中负责产baumin的基因簇,这限制了我们在厌氧肠道真菌中确定该基因簇的能力。AntiSMASH仅仅从S. baumii基因组中预测到一个PKS基因簇(OCB83923.1),该基因簇有两个结构域。核心的生物合成基因是杂合的NPRS-I型PKS,其PKS的结构为KS-AT-DH-KR-ACP(酮合成酶-酰基转移酶脱氢酶-酮还原酶-酰基载体蛋白)。PKS的结构域与厌氧真菌PKS家族4相似,尽管该家族的一些成员缺乏脱水酶结构域(A. robustus的Scaffold 127;C. churrovis的Scaffold 129;N. californiae的Scaffold 428)。S. baumii的PKS基因与PKS家族4(SI 附录, 表 S3)基因的蛋白序列比对结果展示在SI附录,数据S14-S18。然而,厌氧真菌PKS家族4成员与S. baumii的PKS的序列相似性只有30%。通过经S. baumii筛选的NCBI非重复蛋白序列数据库与OCB83923.1的酮合酶结构域进行蛋白比对,另外3个PKS基因产物(OCB90292.1、OCB89330.1和OCB83944.1)被检测到。利用MycoCosm的Blast+,我们从S. baumii与每个厌氧肠道真菌过滤的模型蛋白比对后查询到4个PKS基因产物(SI附录,表S6)。OCB83923.1序列比对的结果获得了相似性百分比的最佳组合以及覆盖率(均大于30%),但是各厌氧真菌对应的均属于PKS家族3和4。基于这些结果,对于哪一个基因簇负责baumin的合成还不清楚,对于厌氧肠道真菌和S. baumii仍然需要实验验证。
 

结论


厌氧肠道真菌的多组学联合分析表明这些非模式生物作为次级代谢产物的生产库。来自四个不同属(厌氧鞭菌属,瘤胃厌氧真菌属,新美鞭菌属和梨囊鞭菌属)的厌氧肠道真菌具有合成聚酮类、非核糖体多肽、细菌素以及其他天然产物的生物合成酶。每个真菌检测到的骨干基因的数量与天然产物丰富的曲霉属是相同的数量级。经检测,厌氧真菌的一些生物合成基因与细菌相似,提示在瘤胃微生物中真菌和细菌之间可能存在水平基因转移。NPRS凝集区域与细菌素的系统发育树分析,真菌基因序列嵌套在细菌基因序列内部或者与细菌基因是姐妹基因,这些也都为基因水平转移提供了支持。虽然厌氧真菌的许多生物合成基因与细菌相似,但它们的调节仍然可能是典型的真菌次生代谢。丝状真菌中与真菌发育和次级代谢有关的丝状调节蛋白同源物在厌氧真菌的预测蛋白中被鉴定出来。PKS基因在菌株之间是高度保守的,表明多酮类化合物可能对厌氧真菌具有重要的生物学功能。即使在标准实验生长过程中,转录组与蛋白质组也表明它们的次级代谢是活跃的。LC-MS/MS检测到大量的次生代谢物,包括一种推测为苯乙烯基吡啶baumin的化合物。需要进一步的实验去解释厌氧真菌的次生代谢物的功能,但在许多可能性中,这些次生代谢物可能作为真菌生命周期的调节物或防御或对抗细菌的竞争者。除了它们的天然功能,厌氧肠道真菌的天然产物是抗菌肽、抗生素和治疗物的潜在来源。

本文由作者自行上传,并且作者对本文图文涉及知识产权负全部责任。如有侵权请及时联系(邮箱:nanxingjun@hmkx.cn
关键词:
基因簇,细菌素,基因组,真菌,生物,蛋白

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