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1 农药学学报摇园员缘, 员苑 ( 猿 ): 缘苑原远远 Chinese Journal of Pesticide Science / www. nyxxb. com. cn 研究论文 DOI: 员园郾猿怨远怨 / j. issn. 员园园愿 苑猿园猿郾园员缘郾园猿郾园 植物油对刺糖多孢菌生长及其合成多杀菌素能力的影响 马摇坤, 摇裘娟萍, 摇赵春田 ( 浙江工业大学生物与环境工程学院, 杭州猿员园园员源 ) 摘摇要 : 为研究不同种类植物油对刺糖多孢菌生长及其合成多杀菌素能力的影响, 探索提高多杀菌素产量的方法, 在发酵培养基中分别添加葵花油 花生油 大豆油 芝麻油 橄榄油和菜籽油, 研究了其对菌体生长 脂肪酶活性和多杀菌素产量的影响, 并利用 RT PCR 对脂肪酶基因及多杀菌素合成相关基因的转录水平进行分析 结果表明 : 远种供试植物油对菌体生长和多杀菌素产量的影响程度不同, 依次为菜籽油跃橄榄油跃花生油跃芝麻油跃葵花油跃大豆油, 其中菜籽油有利于诱导脂肪酶的表达 延缓菌体的衰亡和延长产素期, 脂肪酶活力 菌体生物量和多杀菌素产量分别提高猿员园郾园怨 % 愿郾怨苑 % 和猿猿郾怨源 % ; 脂肪酶基因和多杀菌素合成基因的转录强度也有明显提高 因此, 菜籽油是其最佳的辅助性脂类碳源 关键词 : 刺糖多孢菌 ; 多杀菌素 ; 植物油 ; 脂肪酶 ; 荧光定量 PCR; 转录中图分类号 :S 源愿郾愿摇摇摇文献标志码 :A 摇摇文章编号 : 员园园愿 苑猿园猿 ( 园员缘 ) 园猿 园缘苑 员园 Effect of vegetable oils on the growth and spinosad biosynthetic potency of Saccharopolyspora spinosa Ma Kun, 摇 Qiu Juanping, 摇 Zhao Chuntian (College of Biological and Environmental Engineering,Zhejiang University of Technology,Hangzhou 猿员园园员源,China) Abstract:In order to investigate the influence of vegetable oils on the growth and spinosad biosynthetic potency of Saccharopolyspora spinosa and explore new methods to improve the yield of spinosad,six kinds of vegetable oils,including sunflower oil,peanut oil,soybean oil,sesame oil, olive oil and rapeseed oil were screened. To study their influence on the growth,the lipase activity and the spinosad synthetic potency of S. spinosa,different vegetable oils were added to the fermentation medium as partial carbon sources,respectively. In addition,the temporal transcriptional profiles of the lipase gene and some selected genes in the spinosad biosynthetic pathway were examined by RT PCR. The results indicated that the effects of different vegetable oils on the growth of S. spinosa and the production of spinosad varied significantly,which were that rapeseed oil 跃 olive oil 跃 peanut oil 跃 sesame oil 跃 sunflower oil 跃 soybean oil. The rapeseed oil was conducive to the induction of lipase expression,the delay of the decline phase of S. spinosa and the extension of the spinosad synthetic 摇收稿日期 : 园员源 员 园源 ; 录用日期 : 园员缘 园猿 园远. 摇作者简介 : 马坤, 男, 硕士研究生,E mail:mkdfwy 岳员远猿. com; 赵春田, 男, 通信作者 ( Author for correspondence), 博士, 讲师, 主要从事应用微生物学研究,E mail:zct 园园愿岳 yahoo. com 摇基金项目 : 浙江省自然科学基金项目 (Y 员员员员愿 ); 浙江工业大学自然科学基金项目 ( 员园园员员园缘园员远源园愿 ); 浙江省生物工程重中之重学科开放基金项目 ( 园员猿园员园猿 ).

2 摇缘愿农摇药摇学摇学摇报 Vol. 员苑摇 period. And the lipase activity,the biomass and the yield of spinosad were improved by 猿员园郾园怨 %, 愿郾怨苑 % and 猿猿郾怨源 %,respectively. The transcriptional intensity of lipase gene and spinosad synthetic genes were also promoted. Thus the rapeseed oil was the optimal candidate of auxiliary carbon sources among the selected vegetable oils. Keywords:Saccharopolyspora spinosa;spinosad;vegetable oils;lipase;rt PCR;transcription 摇摇多杀菌素 (spinosad) 系刺糖多孢菌 Saccharopo lyspora spinosa 发酵产生的新型大环内酯类农用抗 [ 员 生素, 具有触杀及胃毒作用 ], 能以光解方式快速 [ 猿降解 ], 且兼具生物农药的安全性和化学农药的速 [ 源效性 ] [ 缘 远 目前, 多杀菌素衍生物已达数百种 ], 国 [ 苑 愿外已用于防治农作物病虫害 ] [ 怨 员园 ] 蚊蝇及仓储 [ 员员 员病虫害等 ] ; 而我国对多杀菌素的研究仍处于实验室阶段, 尚未工业化 多杀菌素的生物合成源于聚酮链的延伸, 起始单元丙酰基团在聚酮合酶的作用下按照 A A P A A A A A A A(A: 乙酰基,P: 丙酰基 ) 的顺序逐步缩合, 整个过程由位于员园个组装模件上的酶系催化完成, 经硫酯酶环化, 并依次在员元环的 C 怨位 [, 员猿 C 员苑位连接鼠李糖和福乐糖胺基团 ] 由此可知, 在多杀菌素快速合成期, 需要大量的酰基前体, 它们主要来源于碳源代谢的中间产物 因此, 供试碳源的分解特性对多杀菌素的合成至关重要 葡萄糖是抗生素产生菌较好的碳源和能源, 但其分解阻遏作用 [ 员源会抑制多种抗生素的合成, 甚至使产素过程逆转 ] 植物油是一种疏水性物质, 在水中的溶解度很小, 可以减弱阻遏效应, 且其降解产物为短链脂肪酸, 可作 [ 员缘为抗生素合成的前体 ] 此外, 植物油有利于抗生素与菌体的分离, 降低次级代谢产物对细胞的毒害作 [ 员远用 ] 因此, 植物油是一种有效的非干扰性碳源, 常用作大环内酯类抗生素合成的辅助性碳源 目前已有利用植物油促进放线菌次级代谢的报道, 例如头孢 [ 员远 员苑菌素和红霉素等 ], 但有关植物油对刺糖多孢菌生长和多杀菌素产量的影响未见报道 笔者研究了植物油种类对多杀菌素发酵过程中 ph 值 脂肪酶活力 残糖和油脂利用等参数的影响, 以及其代谢调节对脂肪酶基因 (lip) 和多杀菌素合成相关基因 (gtt gdh epi kre SpnA SpnF SpnG SpnP) 转录水平的影响, 以期筛选出最佳的辅助性脂类碳源, 为进一步提高多杀菌素的产量提供理论依据 员摇 员郾员摇 材料与方法 仪器与试剂 SpectraMax M 缘酶标仪 ( 美国 Molecular Devices 公司 );LC 园 AD 岛津高效液相色谱仪 ( 日本岛津公司 );ND 缘园园型超微量紫外可见分光光度计 ( Bio Take 公司 );CFX 怨远 connect 型荧光定量 PCR 仪器 ( 美国 BIO RAD 公司 ) 葵花油和大豆油 ( 中粮集团有限公司 ); 菜籽油 ( 山东鲁花集团有限公司 ); 橄榄油 ( 上海嘉里食品工业有限公司 ); 芝麻油 ( 含山县韶关鹰皇油脂有限公司 ); 花生油 ( 山东省临沂市花生种植合作社 ); 对硝基苯酚棕榈酸酯 (Sigma 公司 ); 郾缘 % 多杀菌素悬浮剂 (spinosad 缘 SC, 商品名称为菜喜, 美国陶氏益农公司 );RNAiso Plus 试剂 PrimeScript RT Master Mix 逆转录酶及 SYBR Premix Ex Tap Ⅱ( TaKaRa 公司 ); 其他试剂均为分析纯或色谱纯 员郾摇供试菌株及其培养员郾郾员摇菌株来源及培养基摇刺糖多孢菌 S. spinosa 由浙江工业大学微生物研究所保藏 供试培养基包括固体 种子和发酵培养基猿种 : 员 ) 斜面及固体培养基 (g / L): 葡萄糖怨郾园, 酵母膏猿郾园, 玉米浆员园郾园,MgSO 源 苑 H O 园郾, 琼脂园郾园, ph 苑郾缘 ) 一级和二级种子培养基 ( g / L ): 葡萄糖员园郾园, 蛋白胨源郾园, 酵母粉源郾园,MgSO 源 苑 H O 园郾缘, KH PO 源郾园,K HPO 源 猿 H O 源郾园,pH 愿郾园 猿 ) 发酵培养基 ( g / L): 葡萄糖缘缘郾园, 玉米粉愿郾园, 蛋白胨苑郾缘, 酵母膏员园郾园,MgSO 源 苑 H O 园郾缘, 棉籽饼粉猿园郾园, 植物油缘郾园 ( 对照组除外 ),ph 愿郾园 上述猿种培养基分别用于刺糖多孢菌的斜面菌种培养 种子液培养和发酵液培养, 灭菌条件均为员员缘 猿园 min 员郾郾摇菌株培养种子培养 : 将刺糖多孢菌斜面菌种接入装液量为缘园 ml / 缘园 ml 的一级种子培养基中, 于园园 r / min 猿园 条件下培养源愿 h, 即为一级种子液 ; 取一级种子液以体积分数员园 % 的接种量转入装液量为员园园 ml / 缘园园 ml 的二级种子培养基中, 相同条件下培养源 h, 即为二级种子液 发酵培养 : 将二级种子液以体积分数员园 % 的接

3 摇 No. 猿马摇坤等 : 植物油对刺糖多孢菌生长及其合成多杀菌素能力的影响摇缘怨 种量转入装液量为猿园 ml / 缘园 ml 的发酵培养基中, 于园园 r / min 猿园 条件下培养怨 d 期间每隔源 h 取样测定其 ph 值 还原糖 生物量 脂肪酶活力 植物油含量 ( 对照组除外 ) 多杀菌素效价等理化参数 员郾猿摇试验设计及测定项目试验设葵花油 花生油 大豆油 芝麻油 橄榄油和菜籽油远个处理, 以不添加植物油为对照 每个处理重复猿次, 各组取样后立即测定相应的理化参数 :ph 值测定采用 PB 员园 ph 计 ; 还原糖测定采用猿, 缘 二硝基水杨酸法 ( DNS 法 ) [ 员愿 ] ; 生物量测定采 [ 员怨用干重法 ] ; 脂肪酶活力的测定采用对硝基苯酚 [ 园 员法 ], 在 ph 愿郾园 猿苑 条件下, 以每分钟释放员 μmol 对硝基苯酚 (p NP) 所需的酶量定义为员个 [ 酶活单位 ; 残油的测定采用铜皂法 ] ; 多杀菌素效 [ 员怨价测定采用 HPLC 方法 ] 员郾源摇刺糖多孢菌 RNA 的制备及 RT PCR 分析选取大豆油 菜籽油试验组和对照组发酵培养猿耀耀耀耀耀耀耀耀苑 d 的样品用于 RNA 的制备及 RT PCR 分析 提取的 RNA 样品经反转录后获得 cdna, 用于脂肪酶基因 lip 糖基侧链合成基因 (gtt gdh epi kre) 聚酮链合成及交联基因 ( SpnA SpnF) 鼠李糖转移酶基因 (SpnG) 和福乐糖胺转移酶基因 ( SpnP) 在相应检测区间内转录强度的分析 员郾源郾员摇刺糖多孢菌 RNA 的制备摇取员 ml 上述发酵液样品于 Ep 管中, 于员园园园伊 g 源 条件下离心员园 min, 收集菌体, 加入 l ml RNAiso Plus, 振荡混匀, 静置缘 min; 于员园园园伊 g 源 条件下离心缘 min, 取上清液, 加入园郾 ml 氯仿, 漩涡振荡员缘 s, 静置缘 min; 于员园园园伊 g 源 条件下离心员缘 min, 取园郾猿 ml 上清液, 加入等量的异丙醇, 混匀后静置员园 min; 于员园园园伊 g 源 条件下离心员园 min, 弃上清液, 沉淀用员 ml 苑缘 % 乙醇洗涤后, 于苑缘园园伊 g 源 条件下离心缘 min, 弃上清液 ; 室温干燥沉淀, 加入猿园 μl RNase Free dh O 溶解沉淀, 待 RT PCR 分析 员郾源郾摇反转录及荧光定量 PCR 分析摇准确量取缘园园 ng 的 RNA 样品用于 cdna 单链的反转录, 按反转录试剂盒说明书 (PrimeScript TM RT Master Mix, TaKaRa Code:RR 园猿远 A) 合成 cdna 反转录体系为 : 缘伊 Prime Script RT Master Mix μl,rnase Free dh O 缘 μl,rna 样品缘园园 ng,rnase Free dh O 猿 缘园园 / c 其中,c(ng / μl) 为 RNA 样品的质量浓度 根据内参基因和待测基因的 DNA 序列, 利用 NCBI 的 Pick Primers 设计引物 ( 表员 ) 按照荧光定量 PCR 使用说明书 ( SYBR Premix Ex Tap TM Ⅱ, TaKaRa Code:RR 愿园 A) 完成相应模板 引物和试剂的添加 荧光定量 PCR 反应体系为 :SYBR Premix 引物名称 Primers SigA F SigA R lip F lip R SpnA F SpnA R SpnF F SpnF R SpnP F SpnP R SpnG F SpnG R gtt F gtt R gdh F gdh R epi F epi R kre F kre R Table 员摇 引物序列 ( 缘 猿 ) Primer Sequence( 缘 猿 ) 表员摇 GGTGTTCCAGTCCACCGAAT GACCTCACGCAGGAAACGTA CGATCAAGAACGTCTCCGGT AAGTCGAGGCTCTGGTCGAT CGAAGCCGGGAACCTGATAG CAGAAGGAAGCCGGGTCAG GCGATCGTGTCGATGGGATG CAGATTCCAGCCACGGTCTT CGACGAAGTACGGGAGATGG TCACTGAACACGACTCCAGC GGTCGAAGTACTGGGGAAGC TCAACCTGTTCCTGCGTACC TTGTCCATCGTGGAGAAGCC CACCACGTCGTTGTCGTAGA GAGCCGAATTCCCCGTACTC ACCTTCTCCGGGAACTGGTA GGCTCGCATGACCCATATCA ATGCACCCGTGATGTCAAGT GCGGCAAGAACTTCCTGAAA TGATCGTCCACAACGGACAG 内参基因及待测基因的引物序列 The primer sequences of reference genes and target genes 产物长度 Product length / bp GenBank 登录号 Accession number 菌株来源 Source 员远愿 AM 源园怨猿 S. erythraea NRRL 猿猿愿 员员怨 JF 苑怨缘缘愿员 S. spinosa xsp 园员员园猿 苑缘 AY 园园苑缘远源 S. spinosa NRRL 员愿猿怨缘 员苑 AY 园园苑缘远源 S. spinosa NRRL 员愿猿怨缘 怨 AY 园园苑缘远源 S. spinosa NRRL 员愿猿怨缘 员员源 AY 园园苑缘远源 S. spinosa NRRL 员愿猿怨缘 愿员 AF 猿缘缘源远苑 S. spinosa NRRL 员愿猿怨缘 员猿苑 AF 猿缘缘源远愿 S. spinosa NRRL 员愿猿怨缘 员园猿 AF 猿缘缘源远远 S. spinosa NRRL 员愿猿怨缘 苑猿 AF 猿缘缘源远愿 S. spinosa NRRL 员愿猿怨缘

4 摇远园农摇药摇学摇学摇报 Vol. 员苑摇 Ex TapⅡ 缘 μl,pcr Forward Primer 园郾 μl,pcr Reverse Primer 园郾 μl,cdna 样品员 μl,rnase Free dh O 猿郾远 μl PCR 反应程序为 : 怨缘 猿园 s; 怨缘 变性缘 s; 远园 猿园 s 退火和延伸, 循环源园次 原 Ct 结果用法分析, 内参基因选用刺糖多孢菌主要 Sigma 因子 SigA 员郾缘摇 数据处理 利用 Excel 和 Statview 统计分析软件对试验数据均值和差异显著性进行分析, 其中, 表示差异显著,P 约园郾园缘 ; 表示差异极显著,P 约园郾园员 ; 数据处理后用 Oringin 愿郾园绘图 员郾缘郾员摇多杀菌素相对效价的计算摇根据公式 ( 员 ) 和 ( ) 计算发酵样品中多杀菌素的效价和相对效价 (A 原苑园源. 苑猿 ) Y 越伊 B ( 员 ) 员猿远怨. 园 ( 员 ) 式中 :Y 为发酵液样品的效价,mg / L;A 为样品峰面积,mV min;b 为样品稀释倍数, 苑园源郾苑猿和员猿远怨郾园分别代表多杀菌素标准曲线 y 轴截距和 x 轴斜率 [ 员怨 ] ( 此标准曲线由本实验室以 郾缘 % 的多杀菌素悬浮剂为标样制作而成 ) Y R / % 越 Y t Y EC 伊员园园 ( ) ( ) 式中 :Y t 为 t 时刻各取样点发酵液样品的效价,mg / L;Y EC 为对照组发酵终点时的效价,mg / L; Y R 为样品中多杀菌素的相对效价,% 员郾缘郾摇单位菌体酶活含量的计算摇根据公式 ( 猿 ) 计算单位菌体酶活含量 E( P U / mg), 用于表征植物 油对脂肪酶诱导效果及合成能力的影响 E E P 越 t ( 猿 ) B t ( 猿 ) 式中 :E t 为 t 时刻样品中脂肪酶酶活, U / ml;b t 为 t 时刻菌体生物量,mg / ml 员郾缘郾猿摇单位菌体多杀菌素相对含量的计算摇根据公式 ( 源 ) 和 ( 缘 ) 计算单位菌体多杀菌素相对含量 Y PR (% ), 用于表征植物油对刺糖多孢菌多杀菌素合成能力的影响 Y E Y P 越 ( 源 ) B max ( 源 ) 式中 :Y E 为发酵终点时各组样品的效价, mg / L;B max 为菌体生物量峰值,g / L;Y P 为各组发酵终点时的效价 Y E 与菌体生物量峰值 B max 的比值, mg / g Y Y PR / % 越 PO 伊员园园 ( 缘 ) Y PC ( 缘 ) 式中 :Y PO 为含油试验组发酵终点时的效价与相应菌体生物量峰值的比值,mg / g Y PC 为对照组发酵终点时的效价与菌体生物量峰值的比值, mg / g Y PR 为单位菌体多杀菌素相对含量,% 摇 郾员摇 结果及分析 植物油种类对菌体生长及多杀菌素合成的影响 郾员郾员摇对菌体生物量及产素能力的影响摇由图员 A 可见 : 各处理在员耀耀耀耀耀耀耀耀缘 d 内生长趋势相似, 均在第缘 天时菌体量达到最高值 其中, 大豆油 葵花油 芝麻油和花生油试验组的生长延迟现象较明显, 生物 表示差异显著 (P 约园. 园缘 ); 表示差异极显著 (P 约园. 园员 ) and reprsent significant difference at 园. 园缘 and 园. 园员 level,respectively. Fig. 员摇 图员摇 植物油种类对菌体生物量 (A) 及多杀菌素相对效价 (B) 的影响 Influence of vegetable oils on the biomass of S. spinosa(a)and the relative titer of spinosad(b)

5 摇 No 猿 马摇 坤等 植物油对刺糖多孢菌生长及其合成多杀菌素能力的影响 摇 远员 量相对较低 菌体自溶较早 且大豆油在发酵后期对 菌体生长的抑制作用十分显著 菌体量最低 细胞在 次级代谢初期已开始裂解 而菜籽油和橄榄油能够 促进菌体的生长 在多杀菌素快速合成期仍保持较 高的菌体活力 从图 员B 可知 不同种类植物油对多杀菌素产 量的影响不同 依次为菜籽油 跃 橄榄油 跃 花生油 跃 芝麻油 跃 葵花油 跃 大豆油 其中 菜籽油和橄榄油 试验组多杀菌素的合成速率均高于其他组 并在菌 体衰亡的初期仍持续合成 直至衰亡后期多杀菌素 产量才趋于平稳 郾 员郾 摇 对单位菌体多杀菌素相对含量的影响摇 因 表示差异显著 P 约 园 园缘 表示差异极显著 P 约 园 园员 为多杀菌素是胞内产物 比较生长曲线和多杀菌素 and reprsent significant difference at 园 园缘 and 园 园员 level respectively 合成曲线 图 员 可知 刺糖多孢菌的生物量与多杀 图 摇 植物油种类对单位菌体多杀菌素相对含量的影响 菌素产量具有一定的正相关性 由图 可知 菜籽 Fig 摇 Influence of vegetable oils on the relative spinosad 油试验组中菌体合成多杀菌素的能力最强 大豆油 concentration per unit biomass 组最差 说明菜籽油不仅有利于菌体的初级代谢 也 长繁殖 各组对糖的利用趋势相似 随后多杀菌素快 可以调节次级代谢 促进多杀菌素的高效合成 郾 摇 植物油种类对多杀菌素发酵过程中 ph 值和 速合成 还原糖的利用出现明显差异 菜籽油和橄榄 还原糖变化的影响 油能够促进刺糖多孢菌对糖的利用 保持较高的消 耗速率 其残糖浓度介于对照组和其他试验组间 大 ph 值是菌体代谢活动的表征 对抗生素的合成 由图 猿 A 可见 在发酵 员 耀 豆油组的残糖浓度最高 猿 起关键的调控作用 d 内 刺糖多孢菌快速分解氮源 ph 值迅速上升 郾 猿摇 植物油种类对菌体脂肪酶活力及油脂利用能 发酵 缘 d 以后 不同植物油引起的 ph 值差异性逐渐 郾 猿郾 员摇 对菌体脂肪酶活力的影响摇 刺糖多孢菌对 菜籽油组的 ph 值仍维持在多杀菌素合成较适的范 力的影响 由图 源A 可见 在整个发酵过程中 各处 在 耀 缘 d 由于碳源的快速消耗 ph 值呈下降趋势 力的影响 植物油的利用能力除受碳源影响外 还受脂肪酶活 显现 其中大豆油组的 ph 值显著升高 而橄榄油和 围内 从图 猿B 可知 在发酵 员 耀 缘 d 内 菌体快速生 表示差异显著 P 约 园 园缘 表示差异极显著 P 约 园 园员 and 理组脂肪酶活性均呈先升后降的变化趋势 但各组 reprsent significant difference at 园 园缘 and 园 园员 level respectively 图 猿摇 植物油种类对多杀菌素发酵过程中 ph 值 A 和还原糖 B 变化的影响 Fig 猿摇 Influence of vegetable oils on ph A and reducing sugar B during spinosad fermentation

6 摇 远 Vol 员苑摇 农摇 药摇 学摇 学摇 报 表示差异显著 P 约 园 园缘 表示差异极显著 P 约 园 园员 and reprsent significant difference at 园 园缘 and 园 园员 level respectively 图 源摇 植物油种类对多杀菌素发酵过程中脂肪酶活性的影响 Fig 源摇 Influence of vegetable oils on lipase activity during spinosad fermentation 酶活性最大值及持续时间有明显差别 其中 菜籽 油组的脂肪酶活力最高 持续时间最长 而大豆油组 最低 多杀菌素自第 缘 天时开始快速合成 因此计 算此时单位菌体脂肪酶含量 图 源B 由图 源B 可 知 菜籽油不仅通过增加菌体量来提高酶活性 而且 作为刺糖多孢菌脂肪酶的较适诱导物 进一步提高 了单位菌体的产酶量或酶活性 郾 猿郾 摇 刺糖多孢菌对不同种类植物油的消耗曲线 摇 结果如图 缘 所示 在菌体生长的 员 耀 d 内 各处 理组中植物油几乎不被利用 进入对数生长期才逐 渐被分解利用 至发酵中后期 因各组脂肪酶活力的 差异增大 油脂的消耗曲线呈不同趋势 发酵终点 时 以菜籽油处理组残油为参照 大豆油试验组残 留量最高 而菜籽油的最低 因此菜籽油是较为理想 的脂类碳源 郾 源摇 植物油种类对脂肪酶基因及多杀菌素合成相 关基因转录水平的影响 表示差异显著 P 约 园 园缘 表示差异极显著 P 约 园 园员 and reprsent significant difference at 园 园缘 and 园 园员 level respectively 图 缘摇 多杀菌素发酵过程中菌体对不同种类植物油 的消耗曲线 郾 源郾 员摇 对脂肪酶合成基因转录水平的影响摇 由菌 Fig 缘摇 Curve of lipid consumption process of 脂肪酶活性变化曲线 图 源 A 可知 大豆油和菜籽 可知 各组脂肪酶基因转录强度的变化与相应脂肪 体生长曲线 图 员A 多杀菌素合成曲线 图 员B 及 油在多杀菌素发酵过程中的作用效果不同 因此选 择这两组和对照组 利用 RT PCR 检测脂肪酶基因 lip 在发酵 猿 耀 远 d 内的转录强度 图 远 从图中 可知 菜籽油试验组中刺糖多孢菌脂肪酶基因的转 录强度最高 发酵至第 缘 天时 其转录强度约是大豆 油的 倍 对应的酶活性相差 员园郾 苑 U ml 说明其 对脂肪酶的诱导效果强于大豆油 从整个转录过程 S spinosa during spinosad fermentation 酶活性和油脂消耗的变化趋势是相符的 郾 源郾 摇 对多杀菌素糖基侧链合成基因转录水平的 影响摇 鼠李糖既是刺糖多孢菌细胞壁脂多糖的组成 部分 又与福乐糖胺一样 是多杀菌素的生物活性基 团 由 源 个多杀菌素糖基侧链合成基因 gtt gdh epi kre 负责编码 其中 gtt 和 gdh 基因编码脱氧六

7 摇 No 猿 马摇 坤等 植物油对刺糖多孢菌生长及其合成多杀菌素能力的影响 摇 摇 摇 摇 摇 远猿 糖 而 epi 和 kre 则 在 此 前 体 的 基 础 上 合 成 鼠 李 糖 源#缘 由于不同种类植物油对刺糖多孢菌生长 图 员A 和多杀菌素产量 图 员B 的影响不同 因此 选择发酵 猿 耀 苑 d 的样品 检测了这 源 个基因 gtt gdh epi kre 在初级和次级代谢阶段转录水平的变 化 图 苑 由图 苑 可 知 从 刺 糖 多 孢 菌 迅 速 生 长 期 猿 耀 缘 d 到多杀菌素快速合成期 缘 耀 苑 d 菜籽油试验 组中糖基侧链合成基因的转录活性显著高于大豆油 试验组 而由图 员 可知菜籽油对菌体生物量和多杀 菌素产量的促进效果优于大豆油 这说明 源 个糖基 表示差异显著 P 约 园 园缘 表示差异极显著 P 约 园 园员 and reprsent significant difference at 园 园缘 合成基因均参与了初级代谢和次级代谢 远#苑 在菌 and 园 园员 level respectively 体迅速生长期 各组均需 gtt gdh 合成的 TDP 源 酮 图 远摇 植物油种类对多杀菌素发酵过程中脂肪酶 远 脱氧 D 葡萄糖及 epi kre 合成的鼠李糖 用以保 基因转录水平的影响 证细胞的基础代谢和细胞壁的构建 当进入发酵中 Fig 远摇 Influence of vegetable oils on the transcriptional 后期 这 源 个基因在菜籽油试验组的转录强度显著 intensity of lipase synthetic gene during spinosad fermentation 提高 多杀菌素的合成速率明显高于对照组和大豆 碳糖生物合成的共同前体 TDP 源 酮 远 脱氧 D 葡萄 油试验组 说明菜籽油可以通过提高多杀菌素糖基 gtt gdh epi kre 分别为 TDP 葡萄糖合酶基因 源 远 葡萄糖脱水酶合成基因 猿 缘 差向异构酶基因和 源 酮还原酶合成基因 gtt gdh epi kre represent glucose nucleotidyl transferase gene glucose dehydratase gene 猿 缘 epimerase gene and 源 ketoreductase gene respectively 表示差异显著 P 约 园 园缘 表示差异极显著 P 约 园 园员 and reprsent significant difference at 园 园缘 and 园 园员 level respectively 图 苑摇 植物油种类对多杀菌素糖基侧链合成基因转录水平的影响 Fig 苑摇 Influence of vegetable oils on the transcriptional intensity of saccharide chains synthetic genes during spinosad fermentation

8 摇 远源 农摇 药摇 学摇 学摇 报 Vol 员苑摇 杀菌素合成初期 源 个合成基因在菜籽油试验组中 侧链合成基因的转录表达 进而促进刺糖多孢菌的 生长和多杀菌素产量 的转录强度均高于对照组和大豆油试验组 随着多 郾 源郾 猿摇 对多杀菌素合成基因转录水平的影响摇 为 杀菌素合成速率加快 菜籽油试验组的转录活性同 深入了解菜籽油对多杀菌素合成基因转录水平的影 步提高 而此时大豆油试验组的理化环境已不适宜 响 选择聚酮链合成和交联基因 SpnA SpnF 鼠李 菌体的生长和多杀菌素产生 菌体量下降 ph 值迅 糖和福乐糖胺糖基转移酶基因 SpnG SpnP 分析 速上升 多杀菌素合成基因的转录受阻 最终导致多 其在发酵 源 耀 苑 d 内的转录强度 由图 愿 可知 在多 杀菌素产量较低 摇 摇 SpnA SpnF SpnG SpnP 分别为多杀菌素聚酮合酶基因 聚酮交联基因 鼠李糖转移酶基因和福乐糖胺转移酶基因 SpnA SpnF SpnG SpnP represent polyketide synthase gene polyketide modification gene rhamnosyl transferase gene and forosamine transferase gene respectively 表示差异显著 P 约 园 园缘 表示差异极显著 P 约 园 园员 and reprsent significant difference at 园 园缘 and 园 园员 level respectively 图 愿摇 植物油种类对发酵过程中多杀菌素合成基因转录水平的影响 Fig 愿摇 Influence of vegetable oils on the transcriptional intensity of spinosad synthetic genes during fermentation 猿摇 讨论 多杀菌素是一种极具前景的新型农用抗生素 脂的分解利用能力最强 是较为理想的诱导物和复 合碳源 植物油在脂肪酶的作用下水解为甘油和脂肪 我国尚未掌握其工业化生产技术 主要是因为多杀 酸 后者经 β 氧化分解产生大量酰基 CoA 既可有 菌素发酵过程中易出现碳代谢物阻遏效应 本研究 效地缓解速效碳源引起的阻遏效应 又是多杀菌素 尝试以植物油作为刺糖多孢菌生长和多杀菌素合成 合成 前 体 乙 酰 CoA 丙 酰 CoA 和 甲 基 丙 二 酰 的部分碳源 通过对脂肪酶基因转录水平 脂肪酶活 CoA 的主要来源 沈兆兵等在对含有相似聚酮链 性及油脂量的测定发现 菜籽油对脂肪酶基因的转 生物合成途径的红霉素研究中发现 植物油能促进 录表达具有显著促进作用 酶活最高 持续时间最 TCA 循环及中间代谢物琥珀酰 CoA 的积累 愿 并 长 在多杀菌素快速合成期仍保持较高的活性 对油 在甲基丙二酰 CoA 异构酶的作用下转化为红霉素

9 摇 No. 猿马摇坤等 : 植物油对刺糖多孢菌生长及其合成多杀菌素能力的影响摇远缘 的合成前体甲基丙二酰 CoA [ 怨 ] 由此推测, 植物油分解产生的酰基 CoA 类代谢物, 可为多杀菌素的合成提供前体, 促进其快速合成 但由于植物油的种类不同, 其所含的饱和脂肪 [ 猿园酸 不饱和脂肪酸的种类和比例各不相同 ], 由于菌种的遗传背景不同, 其对油脂的分解利用具有一定的选择性, 因此不同植物油对同一菌株或同一种植物油对不同菌株的脂肪酶诱导作用存在差异, 其油脂利用能力也不相同 杨莲芳等对红霉素的发酵研究表明, 菜籽油对红霉素合成的促进作用优于大 [ 猿员豆油 ], 本研究得出了与此一致的结论 与大豆油相比, 菜籽油中不饱和脂肪酸的种类和含量均较高, 组分更复杂, 其中可能含有促生长因子 抗生素合成调控因子 抗氧化因子等, 其作用机制尚不清楚, 有待进一步研究 通过对多杀菌素合成相关基因的转录分析发现, 糖基侧链合成基因和多杀菌素合成基因在菜籽油试验组中的转录水平相对较高, 这与该组中生物量和多杀菌素产量偏高相吻合, 说明菜籽油良好的分解特性可以促进菌体的生长和多杀菌素的合成 综合发酵过程中 ph 值 还原糖 生物量 脂肪酶活力及油脂等检测参数可知, 菜籽油能够促进菌体对糖和油脂的利用, 生物量最高, 发酵中后期仍能维持较适的 ph 值范围, 延缓菌体的衰亡, 单位菌体多杀菌素含量也最高 说明菜籽油不仅通过增加菌体量, 还能以增强单位菌体产素能力的方式来提高多杀菌素的产量 因此, 菜籽油是供试植物油中多杀菌素合成的最佳脂类碳源 此外, 研究发现, 在含油培养基中多杀菌素的合成能力与脂肪酶活力呈正相关, 这与杨连芳和卞晨光等分别对红霉素发酵的研究结论相同, 即脂肪酶活力越高, 菌体对油脂的利用能力越强, 抗生素的产 [ 猿员 猿量越高 ] 因此, 对可利用油脂作为菌体生长及抗生素合成的刺糖多孢菌而言, 除选择合适的脂类碳源外, 还可利用基因工程技术在脂肪酶合成基因的上游插入强启动子或增加脂肪酶基因的拷贝数, 以提高菌体对油脂的利用能力, 从而进一步提高多杀菌素的产量 参考文献 (Reference): [ 员 ] 摇 Millar N S,Denholm I. Nicotinic acetylcholine receptors:targets for commercially important insecticides[ J ]. Invert Neurosci, 园园苑, 苑 ( 员 ): 缘猿原远远. [ ] 摇 Kirst H A. The spinosyn family of insecticides:realizing the potential of natural products research[ J]. J Antibiot, 园员园, 远猿 ( 猿 ): 员园员原员员员. [ 猿 ] 摇 Liu Shangzhong,Li Q X. Photolysis of spinosyns in seawater, stream water and various aqueous solutions[ J]. Chemosphere, 园园源, 缘远 ( 员员 ): 员员员原员员苑. [ 源 ] 摇 Thompson G D,Dutton R,Sparks T C. Spinosad a case study: an example from a natural products discovery programme[ J]. Pest Manag Sci, 园园园, 缘远 ( 愿 ): 远怨远原苑园. [ 缘 ] 摇 Sparks T C,Crouse G D,Dripps J E,et al. Neural network based QSAR and insecticide discovery: spinetoram[ J ]. J Comput Aided Mol Des, 园园愿, ( 远原苑 ): 猿怨猿原源园员. [ 远 ] 摇 Sparks T C, Crouse G D, Durst G. Natural products as insecticides:the biology,biochemistry and quantitative structure activity relationships of spinosyns and spinosoids[ J ]. Pest Manag Sci, 园园员, 缘苑 ( 员园 ): 愿怨远原怨园缘. [ 苑 ] 摇 Wang Dong,Gong Peiyu,Li Mei,et al. Sublethal effects of spinosad on survival,growth and reproduction of Helicoverpa armigera(lepidoptera:noctuidae)[j]. Pest Manag Sci, 园园怨, 远缘 ( ): 猿原苑. [ 愿 ] 摇 Jones T,Scott Dupree C,Harris R,et al. The efficacy of spinosad against the western flower thrips, Frankliniella occidentalis,and its impact on associated biological control agents on greenhouse cucumbers in southern Ontario[ J]. Pest Manag Sci, 园园缘, 远员 ( ): 员苑怨原员愿缘. [ 怨 ] 摇 Jarjees E A,McGraw B K,Messing R, et al. Effects of spinosad based fruit fly bait GF 员园 on tephritid fruit fly and aphid parasitoids[j]. Biological Control, 园园缘, 猿缘 ( ): 员缘缘原员远. [ 员园 ]Antonio G E,Sánchez D,Williams T,et al. Paradoxical effects of sublethal exposure to the naturally derived insecticide spinosad in the dengue vector mosquito,aedes aegypti[ J]. Pest Manag Sci, 园园怨, 远缘 ( 猿 ): 猿猿原猿远. [ 员员 ]Nayak M K,Daglish G J,Byrne V S. Effectiveness of spinosad as a grain protectant against resistant beetle and psocid pests of stored grain in Australia[J]. J Stored Prod Res, 园园缘, 源员 ( 源 ): 源缘缘原源远苑. [ 员 ]Vayias B J,Athanassiou C G,Milonas D N,et al. Persistence and efficacy of spinosad on wheat, maize and barley grains against four major stored product pests[j]. Crop Prot, 园员园, 怨 ( 缘 ): 源怨远原缘园缘. [ 员猿 ]Hong Lin, Zhao Zongbao, Melan on C, et al. In vitro characterization of the enzymes involved in TDP D forosamine biosynthesis in the spinosyn pathway of Saccharopolyspora spinosa[j]. J Am Chem Soc, 园园愿, 员猿园 ( 员源 ): 源怨缘源原源怨远苑. [ 员源 ]Rokem J S,Lantz A E,Nielsen J. Systems biology of antibiotic production by microorganisms[ J]. Nat Prod Rep, 园园苑, 源 ( 远 ): 员远原员愿苑. [ 员缘 ]Hu Changhua,Zou Yi,Zhao Wenting. Effect of soybean oil on the production of mycelial biomass and pleuromutilin in the shake flask culture of Pleurotus mutilis[ J]. World J Microbiol Biotechnol, 园园怨, 缘 ( 员园 ): 员苑园缘原员苑员员. [ 员远 ]Hamedi J, Malekzadeh F, Saghafi nia A E. Enhancing of erythromycin production by Saccharopolyspora erythraea with common and uncommon oils[ J]. J Ind Microbiol Biotechnol, 园园源, 猿员 ( 员园 ): 源源苑原源缘远. [ 员苑 ]Kim N R,Lim J S,Hong S I,et al. Optimization of feed conditions in a 郾缘 员 fed batch culture using rice oil to improve

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