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摘要 1
引言
引言
灵菌红素（Piodigiosin，PG）是一种重要的天然红色素，其分子结构特征是含有一个三吡咯环的大共轭体系骨架[1]，它具有抑制细菌、真菌、疟疾、藻类和肿瘤细胞等多种生物学活性[2]，因此在许多行业（如医药、化工、染料等）具有较大的应用前景 [3]。灵菌红素家族中还包括一些其他形式的灵菌红素，如十一烷基灵菌红素、环壬基灵菌红素、环灵菌红素、丁基间环庚基灵菌红素等[4]。作为灵菌红素家族中的一员，PG主要是一些沙雷氏菌属（Serratia）、放线菌属、假单胞菌属、海洋类细菌等的次生代谢产物，其中粘质沙雷氏菌是PG的主要生产菌株[5]。
粘质沙雷氏菌存在于土壤、水、植物、动物以及人类的肠道和呼吸道中，在自然界中的分布非常广泛。沙雷氏菌是医院内感染的主要致病菌之一，可以引起呼吸道感染、尿道感染和伤口感染等疾病[6]。粘质沙雷氏菌可分为产色素菌株和不产色素菌株[78],一般无色的是致病菌，有色的是非致病菌。目前研究已发现，PG合成基因簇包括从pigApigN共14个基因组成，在这十四个基因编码的酶的作用下，前体LPro, LSer及2烯辛醛可以分别先合成两个支线产物：单吡咯环MAP（2methyl3namylpyrrole，2甲基3戊基吡咯）和双吡咯环MBC（4methoxy2,2′bipyrrole5carbaldehyde，4甲氧基2,2′双吡咯5甲醛），其中pigB、pigD和pigE基因编码的蛋白是负责合成MAP的酶，pig基因簇[9]的其它基因，如pigA基因以及pigF到pigN基因，编码的蛋白直接或间接参与MBC的合成途径的；最后，两条分支途径的产物MAP和MBC通过pigC编码的缩合酶合成代谢终产物灵菌红素[3]。


图1 灵菌红素在粘质沙雷氏菌中的合成途径[10]
Fig.1 Synthetic pathway of piodigiosin in Serratia marcescens
由于灵菌红素在医药及工、农业上具有的重要应用价值，因此，为了得到较高产量的灵菌红素，灵菌红素生物合成的研究，尤其是灵菌红素生物合成的调节研究成了热点。已有研究显示，灵菌红素合成的速度和产量对细菌的生理状态及 *51今日免费论文网|www.51jrft.com +Q: ￥351916072$ 
外界环境，如温度，氧供应，pH值，光照和离子强度等变化非常敏感。如改变培养基中碳源和氮源的比例，提供不同含量的无机磷酸盐、其它无机盐及不同的阴阳离子均会会影响灵菌红素的合成；沙雷氏菌在28℃培养时，可以产生较高量的灵菌红素，而在37℃却不能合成灵菌红素[3]。这表明，灵菌红素的合成受到诸多外界和内部因素的影响。虽然目前在灵菌红素的调控方面已有不少的研究，但到目前为止，灵菌红素合成受温度调控的具体原因尚不明确[11]。
氧气对于好氧及兼性厌氧细菌非常重要，但是过多的氧气对它是有害的。由呼吸作用及环境因素导致的胞内活性氧（reactive oxygen species，ROS）的累积会对细菌的生理代谢途径造成严重危害[12]，包括对蛋白质、细胞膜脂质及遗传物质DNA的氧化损伤作用。活性氧可以与细胞膜上的多元不饱和脂肪酸相互作用，造成脂质过氧化，从而破坏细胞流动性[12]；还可以引起蛋白质有害修饰，包括氨基酸中硫酰基氧化、与醛类反应；也可以导致DNA的单键或双键断裂[13]。同时，部分有毒物质由这些反应间接产生，导致细胞被进一步损害。因此细菌需要具有抗氧化系统去抵抗氧化损伤。这些抗氧化系统可以直接消除自由基，或者间接地消耗掉容易生成自由基的物质来防止其发生进一步的氧化。消除自由基的系统中，一类为酶系，主要包括过氧化氢酶、超氧化物歧化酶（Superoxide Dismutase,简称SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSHPx）等；另一类是非酶系，包括还原型谷胱甘肽（GSH）、维生素C/E等物质。除此之外，细菌体内还具有多种感受外界氧化压力的抗氧化调节蛋白，如OxyR、SoxRS、PerR及OhrR等调节子在生物抗氧化调节中均起重要作用[14]。
转座子(Transposon，Tn)又称转座因子或跳跃因子（Jump gene）,是存在于染色体DNA上可自主复制的DNA片段。当转座子插入到某个功能基因中时，可能会引起该基因的功能失活，并诱导产生突变型[15]。转座子诱变已经是一个成熟的技术，它在多种细菌中已经获得成功。如利用 MiniTn5 转座子诱导弗氏枸橼酸杆菌插入突变；利用转座子Tn5诱变冰核细菌，获得无冰核活性菌株；利用Mini—Tnl0转座子随机插入突变,Michel等在苏云金芽孢杆菌中鉴定出一个影响糖代谢调控基因的新基因。目前，本实验室已构建了沙雷氏菌FS14(Serratia sp. FS14)的Tn5转座子突变文库，它为进一步研究沙雷氏菌的生理生化功能奠定了基础。
粘质沙雷氏菌FS14是本实验室从白术根腐病害样品的一株产红色色素的细菌中分离出来的。研究表明，沙雷氏菌FS14对植物病害真菌如尖孢镰刀菌和核盘菌等具有很强的拮抗作用，对番茄病原细菌青枯雷尔氏菌也具有明显的抑制作用；研究还表明，该菌还具有杀虫作用。[16]由于FS14不仅可以产生灵菌红素，而且具有杀菌及杀虫的特性，因此，FS14是一种具有应用潜力的促生菌。为了能更好地了解温度对灵菌红素合成的调节机制以及沙雷氏菌FS14中的抗氧化机制，本研究将在实验室已有的沙雷氏菌FS14转座子突变文库的基础上，筛选与灵菌红素合成相关的温控蛋白及与抗氧化相关蛋白的突变菌株，并鉴定出这些蛋白的基因，对相关基因及蛋白进行初步研究。对沙雷氏菌FS14灵菌红素调节机制的研究以及抗氧化的相关研究，可以更好地为将来大量生产灵菌红素及FS14在促生方面的研究奠定基础。

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