文档介绍：项目名称:海洋微生物次生代谢的生理生态效应及其生物合成机制首席科学家:张偲中国科学院南海海洋研究所起止年限:2010年1月-2014年8月依托部门:中国科学院广东省科技厅一、研究内容(一)拟解决的关键科学问题我国拥有丰富的独特海洋环境和特色海洋生态系统的微生物类群,蕴含着特殊生理与生态效应的新物种。海洋是一个复杂的生态系统,其中化学生态学效应是促进生态系统健康、稳定、和谐发展的关键因素;海洋微生物次生代谢产物有着丰富的结构多样性、功能多样性,其关键代谢过程和主要功能基因是组合生物合成技术的重要基础。所以,本项目的关键科学问题是“海洋微生物的特有次生代谢过程及其生物学意义”。为了解决本项目的关键科学问题,拟探讨以下4个具体科学问题:(1)通过了解海洋微生物的进化进程与亲缘关系,掌握微生物的有效培养方法,探讨独特环境海洋微生物新物种和新基因的多样性;(2)通过优化规模化培养条件(温度、盐度、酸度等),建立排重技术(谱学、化学、活性筛选技术),探讨次生代谢产物的结构多样性与功能多样性;(3)通过认识次生代谢产物作为信号分子的释放、识别、进入细胞及功能实现的机理,探讨次生代谢产物的化学生态学效应;(4)通过新功能酶的发现,认知生物合成的新途径和新机理,探讨关键代谢过程和生物合成机制。(二)主要研究内容项目以海洋微生物次生代谢产物为中心,围绕关键科学问题,拟开展4个方面研究工作。1、特色海洋微生物资源及其多样性利用中国科学院海洋野外工作站和公共航次,采集海洋微生物样品,包括我国特有海洋环境和特色海洋生态系统微生物样品,拟围绕可培养微生物物种资源的分离和不可培养环境基因组资源的收集和分析,开展包括以下内容的研究:(1)典型深海极端环境(含水体)、独特海洋环境和特色海洋生态系统中嗜热、冷、压、盐、酸、碱等极端条件下的细菌、放线菌、真菌和酵母菌的分离培养及共附生微生物分离培养;(2)开展针对这些独特和极端微生物的培养、保藏、传代条件的专门研究;(3)开展针对独特和典型深海沉积物样品的免培养研究,以探测其潜在的某些独特的微生物类群和生物多样性;(4)功能性微生物定向筛选与菌株改造,大片段宏基因组构建与序列测定,独特和典型深海环境基因组随机序列测定。通过课题的实施,采集独特和典型海洋环境样品,包括海山、冷泉、沉积物、大型生物等;模拟独特和深海环境,分离各种独特和极端微生物,建立不同类型嗜极深海微生物的分离及保藏方法,储藏海洋微生物新增菌株,发现具有我国海洋特征和特殊生物学功能的微生物新种,构建独特和典型深海环境大片段宏基因组文库,建设具有我国自主知识产权的独特和极端微生物资源库,建立具有的独特和极端微生物及其基因资源研究体系,完善独特和深海极端微生物资源研究和利用的平台,为深度开发独特和深海极端微生物资源提供知识、技术和菌种资源储备。2、具有生理与生态效应的结构新颖的海洋微生物次生代谢产物的发现与优化针对我国特有海洋环境或特色海洋生态系统的微生物类群,利用微生物的物种多样性及其系统亲缘关系,结合天然产物化学成分的亲缘关系,发掘一批具有药用潜力或生态效应的海洋微生物种质资源,为活性成分研究提供候选对象及材料,同时深入开展目标微生物规模培养技术研究。优化海洋微生物发酵培养条件,研究具有初步生理活性或生态学效应的海洋微生物的发酵提取物和馏分成分。运用活性筛选模型和化学排重技术对发酵粗提物或馏分成分进行具有生理活性或生态学效应的再评价,发现包含新颖结构次生代谢产物的主要活性组分;运用现代天然产物化学技术,分析测定具有生理活性或生态学效应的次生代谢产物的化学结构;利用化学修饰或生物转化,开展活性化合物的结构优化,获得结构新颖、活性更强的衍生物(先导化合物)。在活性初筛和复筛基础上,追踪分离、鉴定海洋微生物次生代谢产物的有效成分,发现新的、系列海洋微生物次生代谢产物,扩容天然化合物库,同时对库容化合物进行活性筛选和评价,在此基础上对活性成分进行结构优化,获得具有生理与生态效应的先导化合物,为开展海洋微生物来源的药物或环保制剂研究奠定基础。3、海洋微生物次生代谢产物的生理与生态学效应及其作用机制利用生态学效应筛选模型,如抗菌模型、鱼类拒食模型、克生杀虫模型、抗附着模型等,研究海洋微生物的生态学效应。对分离获得的单体化合物,进行抗菌、拒食、克生、抗附着等活性验证,同时进行生态学效应的作用机制研究。利用抗肿瘤等细胞或分子筛选模型,在细胞和分子水平上对具有生态学效应的次生代谢产物进行抗肿瘤、抗炎、抗病毒和抗菌等活性评价;探讨具有生态学效应的次生代谢产物与抗肿瘤、抗菌等药理活性之间的内在联系和规律性;发现生理活性先导化合物,并对某些具有显著生理活性的分子进行作用靶点和作用机制的探索,从而探讨海洋微生物次生代谢产物的生理活性机制。4、海洋微生物次生代谢的生物