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微生物代谢国重室
生命科学技术学院
上海交通大学
生物信息学
 
研究方向   Research
  1. DNA硫化修饰研究方向
  2. 微生物次级代谢产物的化学生物学
  3. 微生物功能基因组学和生物信息学
  4. 放线菌分化和调控的分子生物学
  5. 微生物-植物互作的化学生态学研究方向
1.  DNA硫化修饰研究方向
    生命的物质基础DNA大分子的研究,一直是生命科学最为引人注目的研究领域之一。在某些细菌的DNA结构中除了含有C、H、O、N、P五种元素外,我们揭示了第六种元素S。S元素以磷硫酰化存在于DNA骨架上,即在特定DNA序列上,一个S原子替代DNA 桥接磷酯骨架上的一个氧原子。细菌DNA磷硫酰化修饰的发现源于20年前所观察到的变铅青链霉菌DNA 在凝胶电泳过程中的降解现象。一个DNA磷硫酰化修饰基因簇负责这种新型DNA磷硫酰化修饰,它在不同生境细菌基因组中广泛分布且量化存在。发现这种DNA磷硫酰化与全新的细菌自我防卫机制相关联,并相继鉴定了DNA磷硫酰化相关基因的生物化学特性。DNA的磷硫酰化是迄今在天然DNA骨架上发现的第一种生理修饰,是DNA 结构的一个新补充,打开了一个新的学科领域。我们致力于DNA磷硫酰化修饰生物学和生物工程学上的广泛深度挖掘。
   
 
 2. 微生物次级代谢产物的化学生物学
      微生物次级代谢产物具有结构多样性、生物活性多样性及产生菌多样性,在农用和医用抗生素研究与开发中发挥着重要作用。我们以极端环境微生物(如嗜压、嗜热、共生菌)为主要来源,以重大疾病为靶标,筛选、分离纯化和鉴定结构新颖的生理活性微生物次级代谢产物。此外,我们克隆和鉴定了若干微生物次级代谢产物的生物合成基因簇,以阐明其生物合成途径,揭示途径中新颖的酶催化反应的分子机理。运用DNA重组技术对合成途径进行理性的修饰、调控和重新组装,构建新的代谢途径,改善目标产物的产量和创造结构新颖的非天然的“天然产物”。
 
Validamycin A gene cluster
 
 3. 微生物功能基因组学和生物信息学
      围绕微生物抗菌素耐药问题,选择肺炎克雷伯氏菌等产碳青霉烯酶肠杆菌科细菌和主要抗生素生产菌链霉菌为模式对象,从事基于新一代测序的微生物功能组学数据挖掘和功能解析的研究。开发和维护一系列特色生物信息学工具和分子生物学数据库,应用于可移动遗传元件的比较分析和抗生素合成基因簇识别等。以期系统地认识耐药基因传播规律,形成抗生素发现及高效生物合成的功能组学技术体系。关于我室的生物信息学研究,请访问以下网站 http://bioinfo-mml.sjtu.edu.cn/.
 
In silico ‘subtractive hybridization’ of Streptomyces lividansTK24 against its close relative S. coelicolor A3(2) by using mGenomeSubtractor
 
 4. 放线菌分化和调控的分子生物学
    链霉菌是革兰氏阳性土壤细菌,以生产大量次级代谢产物著称,包括抗肿瘤制剂、免疫抑制剂和三分之二以上的天然抗生素。链霉菌具有菌丝体生长和孢子形成的复杂生命周期,其形态分化和次级代谢均发生在生长后期,由一系列生理和环境信号引发,通过复杂的基因表达调控网络协调控制基因表达、酶和生化反应活性,从而调控细胞的生理代谢和形态分化。本室以模式菌株天蓝色链霉菌和井冈霉素工业生产菌种为对象,采用分子遗传学、功能基因组学、比较基因组学等技术,研究链霉菌形态分化、次级代谢调控和抗生素高产的分子机理。在此基础上,创建新型抗生素高产菌种选育体系,激活沉默的抗生素生物合成途径,挖掘放线菌基因组和宏基因组中潜藏的、丰富的新结构天然产物及其生物合成基因簇。
 
 
 5. 微生物-植物互作的化学生态学研究方向
    微生物代谢产物不仅对微生物自身生长、发育等具有调控作用(土味素等),而且对高等植物具有促进生长、提高耐逆、抗病能力等作用(2,3-丁二醇等)。本研究方向利用拟南芥、水稻等模式高等植物,采用化学生态学、功能基因组学等研究方法,在放线菌复杂代谢产物中寻找对植物、动物具有显著调控活性的化合物并探究其作用的分子机理。本领域研究不仅有助于揭示植物内生菌的起源、演化等进化生物学谜团;同时,通过系统开展外源基因表达对转基因作物内生菌(作物抗病、耐逆性)、根际微生物群落(作物抗病、耐逆、土壤营养元素利用)等的影响,有助于深入了解转基因作物重要农艺性状相关的生态安全问题及其优化对策与途径;此外,相关研究将为高效、定向挖掘作物生长条件剂、生物农药乃至人用抗生素、肿瘤治疗药物等产生菌资源提供有价值的信息。
 

 


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