真菌毒素是真菌产生的次级代谢产物,可污染粮食、水果、食品、饲料、中草药等多种农产品。严重威胁食品安全、危害人畜健康,真菌毒素的形成除了受到产毒菌自身遗传因素的调控外,还受到宿主、环境因素的调控。此外,上述的多种因素的交互作用为真菌毒素的产生和调节增加了另一个层次上的多样性和复杂性。为了探究调控真菌毒素形成的因素,本文综述了真菌毒素合成及调控基因、温度、水分活度、光照、渗透压、基质、酸碱度、植物损伤、宿主抗性等因素对真菌毒素形成的影响,同时探讨了真菌毒素的防控,以期为探究真菌毒素形成的调控机制奠定基础,为真菌毒素防控策略的开发提供理论依据。
黄曲霉毒素是一类具有较强毒性和致癌力的次级代谢产物,在小麦、水稻、玉米和花生等多种粮食、油料、饲料和食品中检出率均比较高。因此,黄曲霉毒素不仅给人和动物的健康造成极其严重的威胁,而且也给食品和饲料等行业造成了巨大的经济损失。黄曲霉毒素主要由黄曲霉和寄生曲霉产生。自上个世纪60年代首次发现黄曲霉毒素以来,研究者在黄曲霉毒素合成途径、降解、合成机制和致病机理等方面做了大量研究。本文主要综述近年来国内外以黄曲霉为对象的黄曲霉毒素合成的遗传调控机制研究进展。从转录调控、蛋白翻译后修饰、信号转导途径、参与生长发育和形态建成的蛋白和其他酶等方面对黄曲霉毒素合成机制展开综述,为今后进一步深入系统研究黄曲霉毒素合成机制奠定基础,同时为制定防治黄曲霉及其毒素的策略提供理论基础。
黄曲霉菌Aspergillus flavus是一种好氧型腐生真菌,其次级代谢产物黄曲霉毒素主要由黄曲霉和寄生曲霉产生,对诸如玉米、花生等在内的农作物侵染已经严重危及食品安全以及人和动物的健康。近年来,不同组学研究发展迅速,生物学研究的基础数据平台逐步建立。从基因组到转录组、蛋白质组、代谢组等组学技术在对黄曲霉菌次级代谢相关的研究中已有较多应用。本文概述了基因组、转录组、蛋白质组以及代谢组等组学技术在黄曲霉次级代谢研究中所取得的重要进展,并提出了相关研究的发展趋势以及有待解决的问题。为深入了解黄曲霉的生物学功能提供了重要的线索,并为今后的研究奠定了坚实的基础。
禾谷镰刀菌复合种（Fusarium graminearum species complex,FGSC）引起的赤霉病是小麦生产上危害最为严重的病害之一。赤霉病除了造成减产外,感病籽粒中含有多种镰刀菌毒素,如单端孢霉烯族的呕吐毒素,可引起人畜中毒和重大疾病,给食品安全构成严重威胁。过去20年,随着禾谷镰刀菌全基因组序列的公布和遗传转化体系的成熟,禾谷镰刀菌Fusarium graminearum的功能基因组学的研究取得了较大进展,单端孢霉烯族毒素的产生、调控机制及网络研究成为热点。本文综述国内外单端孢霉烯族毒素的生物合成和分子调控机制,包括合成基因簇及决定不同产毒化学型的基因、产毒调控元件、环境因子调控产毒的分子机制,可为小麦抗赤霉病的育种提供新思路,为新型药剂的研发提供分子靶标,为赤霉病的持续防控和毒素污染的有效治理提供理论依据。
真菌是具有高度多样性的微生物资源,其产生的次级代谢产物具有很多重要的作用,如紫外线防护,自身发育以及防御外部侵害,而这些次级代谢产物的生物合成需要多个基因参与调控。本文主要综述了真菌次级代谢产物的药用价值,在真菌发育过程中的生态功能以及合成调控机制。
LaeA是在构巢曲霉中首次鉴定的一种全局调控因子,其同源蛋白在丝状真菌中广泛存在,具有高度的保守性。LaeA及其同源蛋白序列存在S-腺苷甲硫氨酸结合基序,是一种甲基转移酶,可能影响组蛋白修饰,导致染色体结构的改变,进而调控一系列基因的表达。大量研究表明,LaeA及其同源蛋白参与调控丝状真菌多种次级代谢产物的生物合成,影响丝状真菌的生长发育和形态分化,甚至在丝状真菌生产有机酸和一些工业酶的过程中也发挥着重要作用。本文综述了LaeA及其同源蛋白的作用机制,以及该蛋白在丝状真菌次级代谢、生长发育和其他重要生物过程中的作用,并对存在的问题及应用前景进行讨论与展望。
赭曲霉毒素A（ochratoxin A,OTA）是国际癌症研究机构认定的“2B”类致癌物。黑曲霉Aspergillus niger是美国食品药品监督局认可的食品安全菌。然而近年来陆续发现某些黑曲霉菌株能够产生OTA,这会对人类健康构成潜在威胁。阐明黑曲霉生物合成OTA的关键基因有助于理解OTA生物合成机制,这对OTA污染的防控具有重要意义。本研究克隆了产OTA黑曲霉中非核糖体肽合成酶（NRPS）编码基因（An15g07910）,并对其进行了生物信息学分析,在此基础上采用同源重组的方法敲除了该基因,获得了一株性能稳定的敲除突变株Δnrps。与野生株相比,Δnrps突变株的表型在CYA培养基中并无明显改变,但在7d培养期间完全失去了合成赭曲霉毒素α（ochratoxin α,OTα）和OTA的能力,而赭曲霉毒素β（ochratoxin β,OTβ）的合成不受影响。在野生株培养过程中,该nrps基因前4d表达量逐渐增大,并在第4天达到最高,随后基因表达量逐渐下降并趋于稳定,这与OTA的含量变化基本一致。结果表明该nrps基因（An15g07910）参与OTA的生物合成,其编码的NRPS可能负责催化苯丙氨酸部分和二氢异香豆素部分的交联。
同源异形盒转录因子（homeobox transcription factor,HTF）是真核生物中普遍存在的一类保守的转录因子,参与真核生物的胚胎发育、细胞分化增殖以及癌症发生等多个方面的调控。本研究通过生物信息学手段在动物和植物的共同致病真菌——黄曲霉菌中鉴定到8个htf基因,通过同源重组的方法将其在黄曲霉基因组中进行敲除,并对其功能进行了初步研究。通过观察发现,htf1、htf2、htf4和htf8基因的敲除导致黄曲霉在完全培养基YES上的生长直径变小,而htf2基因缺失突变体的生长缺陷最为明显。htf1和htf2基因的缺失则导致不能形成分生孢子梗,从而抑制了分生孢子的形成;htf8基因的缺失导致黄曲霉分生孢子梗形态发生畸形,分生孢子梗变短而且数量减少。进一步分析发现,htf1基因的缺失导致黄曲霉菌核的形成也受到了明显抑制,而Δhtf2突变体几乎不产生菌核。更重要的是,htf1基因敲除导致黄曲霉毒素产量明显下降,而htf2基因敲除则完全抑制了黄曲霉毒素的合成。本研究将对了解黄曲霉菌生长发育过程和黄曲霉毒素的合成调控机制提供新的研究角度,并将对黄曲霉污染的防控提供重要的参考价值和理论基础。
本文通过对1株特殊生境荒漠植物雾冰藜内生真菌Stagonospora sp.的次级代谢产物进行研究,首次分离得到4个松萝酸结构类似物,包括1个新化合物stagonone（1）和3个已知化合物：松萝酸（2）,cercosporamide（3）和usnic acid amide（4）。通过高分辨质谱和NMR实验解析了新化合物1的平面结构,采用圆二色谱（CD）方法确定了其绝对构型;本文还报道了松萝酸（2）的单晶结构以及松萝酸（2）的CD谱,为确定该同类化合物的绝对构型提供了支持;活性试验结果证实化合物1-4具有选择性抗肿瘤细胞活性。基于化合物1-4的结构特征,推测了其可能的生物合成途径。
从一株特殊生境荒漠药用植物沙蓬的内生真菌Rhinocladiella similis中分离得到4个苯甲酸大环内酯化合物,包括2个新化合物rhinoclactones E（2）和F（1）、2个已知化合物8,9-dihyrogreensporone D（3）和8,9-dihydrogreensporone A（4）。基于高分辨质谱与核磁共振谱数据以及相关文献比对,确定了新化合物与已知化合物的结构。化合物1和2是一对立体异构体,在大环内酯环中并有一个呋喃环,这种环系统在自然界比较稀少。化合物1-4对3株肿瘤细胞株和植物病原真菌没有抑制活性。本结果进一步丰富了该真菌的化学成分研究,暗示特殊生境荒漠植物内生真菌具有产生结构新颖的次级代谢产物的潜力,是发现新活性天然产物的一个新的重要宝库;此外,根据化合物的结构特征与生物活性结果,本文还探讨了这些化合物潜在的生态学功能。
赭曲霉毒素（ochratoxins）主要是由青霉菌Penicillium和曲霉菌Aspergillus产生的有毒次级代谢产物,常见于发霉或发酵的农产品中,其中赭曲霉毒素A（ochratoxin A,OTA）毒性最强且最为普遍。OTA是粮食作物和饲料的重要污染物,在加工、储存或运输过程中均可产生,具有肾毒性和免疫毒性,可通过蓄积作用发挥毒性效应,对人类和动物健康造成严重威胁。本研究通过将OTA单克隆抗体包被于纳米磁珠（magnetic nanoparticles,MNPs）表面,获得具有免疫活性的磁珠抗体复合物（MNPs-Anti OTA）,并制备生物素标记的偶联抗原OTA-BSA-Bio,后续采用链酶亲和素标记的纳米金颗粒（Strep-HRP-AuNPs）催化底物进行信号检测,最终建立了OTA高灵敏检测方法（MNPs-bs-AuNPs-ELISA）。在最优条件下,经计算该方法检测下限（IC10）为0.01ng/mL,检测区间（IC20-IC80）为0.02-0.73ng/mL,半数抑制率（IC50）为0.13ng/mL。与OTA类似物OTB、OTC交叉反应性为4.3%和8.1%,对其他常见真菌毒素AFB1、ZEN、FB1、DON、CIT和PAT均无交叉反应。玉米、面粉和大豆样本中的加标回收率可达85.6%-115.7%,对天然样本中OTA含量的检测结果表明,该方法与LC-MS/MS相关性良好。本研究建立的MNPs-bs-AuNPs-ELISA可满足谷物及饲料样本中OTA的快速、高灵敏度定量检测,成本较低,具有很好的应用前景。
