微生物次级代谢产物合成基因簇预测分析_精品文档.pdf

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微生物次级代谢产物及其生物微生物次级代谢产物及其生物合成基因簇预测分析合成基因簇预测分析-antiSMASHantiSMASHantiSMASHantiSMASH的优势与比较的优势与比较antiSMASHantiSMASH分析方法及流程分析方法及流程次级代谢产物及其生物合成基因簇简介次级代谢产物及其生物合成基因簇简介次级代谢产物的分类鉴定概貌次级代谢产物的分类鉴定概貌主要内容2微生物学发展史中四位重要人物微生物学发展史中四位重要人物LouisPasteur法国人法国人，开创开创了微生物技术了微生物技术的新时代的新时代AlexanderFleming苏格兰苏格兰人人，发现青霉发现青霉素及其治疗传染性疾素及其治疗传染性疾病的功效病的功效，1945年获年获得诺贝尔生理医学奖得诺贝尔生理医学奖Selmanworksman美国人美国人，对土壤微生对土壤微生物产生抗生素物质进物产生抗生素物质进行了系统和开创性工行了系统和开创性工作作，发现了抑制肺结发现了抑制肺结核的链霉菌素核的链霉菌素，1952年年获得诺贝尔生理医学获得诺贝尔生理医学奖奖FranciscoMalpartida西班牙人西班牙人，于于1984年年，第一个克隆了放线紫第一个克隆了放线紫红素的完整合成基因红素的完整合成基因簇簇3次级代谢产物：

微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复次级代谢产物：

微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必杂、对该生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质需的物质主要来源：

放线菌、真菌等主要来源：

放线菌、真菌等次级代谢产物简介次级代谢产物简介ZwittermicinA4polyketides（typeI）聚酮聚酮（PK）polyketides（typeII）polyketides（typeIII）nonribosomalpeptides非核糖体肽非核糖体肽（NRP）terpenes萜烯lantibiotics羊毛硫抗生素bacteriocins细菌素细菌素beta-lactams-内酰胺aminoglycosides/aminocyclitols氨基糖甙类/氨基环醇aminocoumarins基香豆素siderophores铁载体ectoines四氢嘧啶butyrolactones丁内酯indoles吲哚类nucleosides核苷phosphoglycolipids磷酸糖脂melanins黑素类others次级代谢产物简介次级代谢产物简介5抗生素：

抗细菌、抗真菌、抗病毒、抗肿瘤等抗生素：

抗细菌、抗真菌、抗病毒、抗肿瘤等生理生理活性物质活性物质酶抑制剂酶抑制剂免疫抑制剂免疫抑制剂.受体拮抗剂受体拮抗剂次级代谢产物简介次级代谢产物简介67次级代谢产物生物合成基因簇次级代谢产物生物合成基因簇次级代谢产物的编码基因通常在基因组中成簇存在，编码次级代谢产物的编码基因通常在基因组中成簇存在，编码具有多种功能的具有多种功能的复合酶复合酶研究的最清楚为研究的最清楚为NRPS：

nonribosomalpeptidessynthetasePKS：

polyketidessynthetaseNRPS-PKShybrid次级代谢产物生物合成基因簇次级代谢产物生物合成基因簇和复合酶的基因主要是由连续和复合酶的基因主要是由连续的的模块模块（）构成构成,每个基因模块的产物可催化多每个基因模块的产物可催化多聚酮或多肽链的聚酮或多肽链的一轮延伸一轮延伸和和可能的修饰可能的修饰。

一个基因可能含有多个一个基因可能含有多个模块模块（）模块模块（）非最小单位（下级单元：

结构域）非最小单位（下级单元：

结构域）一种一种次级代谢产物次级代谢产物的合成由多个基因共同编码的合成由多个基因共同编码8PKSPKS9McDanieletal.,Proc.Natl.Acad.Sci.USA,96（1999）1846185110BrianM.Kevanyetal.,APPLIEDANDENVIRONMENTALMICROBIOLOGY,2009,11441155NRPSNRPS-PKSPKSPKSPKS（PolyketidePolyketidesynthasesynthase）必需结构域：

必需结构域：

酰基转移酶酰基转移酶（AcyltransferaseAcyltransferase,）酮基合酶酮基合酶（ketosynthaseketosynthase,）酰基载体蛋白酰基载体蛋白（AcylcarrierproteinAcylcarrierprotein,）非非必需结构域：

必需结构域：

可能含有可能含有1133个个修饰酮基修饰酮基的结构域的结构域:

酮基还原酶酮基还原酶（）脱水酶脱水酶（）烯酰基还原酶烯酰基还原酶（）。

ATACPKS11必需必需的结构域的结构域:

腺苷酰化结构域腺苷酰化结构域（AndeylationAndeylation,）缩合结构域缩合结构域（Condensation（Condensation，）肽酰载体蛋白肽酰载体蛋白结构域结构域（PeptidylcarrierproteinPeptidylcarrierprotein,）（thiolationthiolationdomain）domain）非必需结构域：

差向异构化非必需结构域：

差向异构化（Epimerization）（Epimerization）：

LDLD甲基化甲基化（NmethylationNmethylation）氧化氧化（Oxidation）（Oxidation）等等修饰结构域修饰结构域NRPSNRPS（nonribosomalpeptidesynthetasenonribosomalpeptidesynthetase）APCPC1213GenomicsstrategyGenomicsstrategy基因型基因型to表型表型TraditionalTraditionalstrategystrategy表型表型to基因型基因型All-viewgenesbackgroundLargescalegeneclustersearchingTime-savingNogenebackgroundLimitedgeneclustersearchingTime-consuming次级合成基因簇的挖掘次级合成基因簇的挖掘14传统的天然产物分离通常是通过活性跟踪的策略。

NATURE,417,2002第一篇对第一篇对NRPS进行进行预测的文章预测的文章Microbiology154,15551569,2008J.Antibiot.59（9）:

533542,2006J.Antibiot.59（3）:

168176,2006次级合成基因簇的挖掘次级合成基因簇的挖掘15N.Khaldietal.,FungalGeneticsandBiology47,（2010）736741Geneclustersdistributedinfungigenomegeneclustersinthe27sequencedfungalgenomespredictedbySMURF16Coreorthologousandspecies-specificgeneclustersinthreefungiGeneclustersdistributedinfungigenome17antiSMASH（antibiotics&SecondaryMetaboliteAnalysisShell）V1.2（August20th,2011）18BasedonprofilehiddenMarkovmodelsofgenesthatarespecificforcertaintypesofgeneclusters,antiSMASHisabletoaccuratelyidentifythegeneclustersencodingsecondarymetabolitesofallknownbroadchemicalclassesantiSMASHnotonlydetectsthegeneclusters,butalsooffersdetailedsequenceanalysis19NCBIBLAST+HMMer3,Muscle3Glimmer3FastTreeTreeGraph2Indigo-depictPySVGJQuerySVGAnalysistoolsofantiSMASH20Pipelineforgenomicanalysisofsecondarymetabolites21InputfilesGenbankformatorEMBLformat:

annotatednucleotidefileFastaformat:

thefastashouldbesinglesequenceFASTAfiles（withone）genepredictionbyGlimmer3（prokaryoticdata）orGlimmerHMM（eukaryoticdata）TransformthepredictedresultstoEMBLformat22CompoundclassDescriptionHMMnameSourceNRPSCondensationdomainCondensationPFAMPF00668.13NRPSAdenylationdomainAMP-bindingPFAMPF00501.21NRPSAdenylationdomainwithintegratedoxidaseA-OXThisstudyPKSKetosynthasedomainPKS_KSSMARTPKSAcyltransferasedomainPKS_ATSMARTPKS（neg.）FabHfattyacidsynthasefabHThisstudyPKSEnediyineketosynthaseene_KSYadavetal.（2009）PKSModularketosynthasemod_KSYadavetal.（2009）PKSTypeIIPKSChainlengthfactort2clfThisstudyTerpeneTerpenesynthaseTerpene_synth_CPFAMPF03936.9TerpenePhytoene_synthasephytoene_synthThisstudy.DetectionofgeneclustersUsingHMMer3tool（http:

/hmmer.janelia.org/）alighPfam-sourceandotherpHMMslibraryFilternegativeandpositivepHMMsGeneclustersaredefinedbylocatingclustersofsignaturegenepHMMhitsspacedwithin10kbmutualdis-tance23NRPS/PKSdomainarchitectureanalysisDomainsandsubgroupsaredetectedusinganotherpHMMslibraryConservedmotifsaredetectedusingthepHMMsintheCLUSEANpackage24PredictedcorestructurePKSATdomainspecificitiesar