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首席科学家: 邓子新上海交通大学
起止年限:2009.1至2013.8
依托部门:教育部上海市科委
一,研究内容
(一)拟解决的关键科学问题
1,重要生防基因结构,功能与代谢网络,活性产物的合成机理:
前期973项目初步挖掘和揭示了生防微生物制剂的主要功能基因,增加了研究的针对性和特异性.为了最终实现生防微生物制剂的定向分子设计和优化,必需采用最新的分子生物学研究手段,全面,系统地分析这些基因的结构与功能,结合宿主,外部环境等考察生防制剂的代谢网络,阐明生物活性物质的合成与调节机理.
2,生防微生物制剂作用的分子机制:
我国缺乏对多数生防微生物制剂作用机制的研究,其中很多连活性组份都尚未确定,因此在施用过程中缺乏针对性,互补性和规律性,大大降低了生防微生物制剂的杀虫防病能力.分子作用机制的揭示也是定向改造生防微生物制剂的必要前提,服务于提高特异性和活性,降低毒副作用,拓展杀虫防病谱的目标.
3,生防微生物制剂的定向改造与性能优化:
生防微生物制剂合成与作用机理的阐明最终要服务于新型生防微生物制剂的分子创制,显著提高其在农业生产中杀虫防病方面的贡献.因此,采用组合生物合成,代谢工程,基因(组)改组,剂型匹配等先进分子生物学手段优化生防微生物制剂的杀虫防病性能,提升其稳定性和持效期,是相关基础研究成果向农业生产和农药产业转化的关键所在.
(二)主要研究内容
本项目围绕3个关键科学问题,将针对我国农业生防微生物制剂中最具代表性的5类微生物开展研究工作.
1，放线菌微生物农药
放线菌来源微生物农药是国家长期以来投入最大,施用面积最广和种类最多的生防微生物制剂,也在微生物农药产业中占有最大的比重,因此加大对放线菌来源微生物农药的研究具有更为显著的社会效益和经济效益.对该类农药分两个侧重点进行研究:一是作用机理和结构改造的研究,包括扩大对其他重要放线菌微生物农药有效组份和作用机理的研究,对井冈霉素,多氧霉素,阿维菌素,南昌霉素等生物合成机理较为清晰的农药进行作用机理研究,以及在合成机理和作用机理基础上的定向结构与活性改造;二是深入揭示尼可霉素,阿维菌素,多拉菌素,多氧霉素等的生物合成机理和调控机理,在此基础上定向高产和积累最佳活性组份,同时通过全局性调节因子的遗传操作并结合培养条件的改变挖掘新结构微生物农药.
2,芽孢杆菌微生物制剂
在Bt全基因组序列分析的基础上,利用表达谱基因芯片,lacZ,gfp基因转录分析等技术手段,重点研究Bt芽胞和晶体形成过程中cry基因的表达调控网络;围绕自主发现的cry类基因(cry1Ah, cry1Ie,cry7Ba1,cry51Aa1和cry55Aa1等),研究杀虫蛋白结构及其杀虫作用机理;研究Cry晶体蛋白的三维结构与功能,以及Bt非特异性毒力因子plcR的功能与表达调控;研究Bt杀虫基因的修饰改造与分子设计,改进Bt接合转移遗传改良方法.
3,昆虫病毒微生物制剂
利用蛋白质组学等技术揭示BV的结构组成,研究ODV中肠感染和BV膜融合的分子机理;利用显微成像等技术研究病毒与宿主细胞骨架的相互作用及病毒在细胞内的运输;利用重组病毒等技术研究病毒抗宿主细胞凋亡,从而揭示杆状病毒感染的分子机理;通过基因改良,置换等构建重组病毒,提高病毒的毒力和宿主范围,为发展新一代改良型病毒杀虫剂提供理论基础和新方法.
4,害虫生防真菌
研究真菌-昆虫实时分子互作的转录组,发掘和鉴定新的毒力基因,同时模拟胁迫条件下进行生防真菌的转录组研究,发掘鉴定抗逆相关的新基因;对鉴定的毒力基因,抗逆基因或外源昆虫特异性毒素多肽进行基因合成,利用专性表达新技术对目标基因进行定位表达或组成型表达,获得单价或多价转化的高效抗逆多靶标工程菌株;基于所获遗传改良的工程菌株研制稳定的新型真菌杀虫剂,建立适合新型真菌杀虫剂的应用配套技术体系.
5,假单胞菌农药
阐明吩嗪类化合物,藤黄绿菌素等假单胞菌农药的生物合成分子机理,获得新结构衍生物;揭示假单胞菌农药的合成调控机制,揭示植物不同根系分泌物对假单胞菌生物农药产生的调节机制,建立生物农药及调节细菌菌群传感的信号分子在培养液和环境中痕量分析技术;研究吩嗪-1-羧酸等对病原菌的作用机制;研制新型稳定的纳米生物农药制剂,实现生物农药的有效释放,提高生防效果;分离新的假单胞菌农药及其合成基因.
二,预期目标
(一) 总体目标
以我国特有的或重要的农业生防微生物及其产物为研究对象,在前期973项目新基因发掘和功能基因研究基础上,综合利用微生物功能基因组学,代谢组学等现代系统生物学理论与实验体系以及生物芯片,基因叠加,组合生物合成等先进的技术手段,深入研究其生物合成与调控机理,生防作用的分子机制及定向改良,增强和拓展生防微生物的杀虫防病功能,改造和优化生防微生物产物的结构和活性,以进一步提高微生物农药在防治农业病虫害,促进农作物优质高产,保障生态环境及农产品安全等方面的成效.力求获得相关基础研究新的突破和一批重要成果,为新一代高效,广谱微生物农药的开发奠定理论基础和提供新的基因与产品.通过本项目的实施,应使我国微生物农药的应用基础研究在整体上达到国际先进水平,某些方面形成自己的优势和特色,从而为我国农业的可持续发展和生态环境保护做出重大贡献.同时获得多种性能优化的生防微生物制剂,用于和促进农业生产及微生物农药产业.培养和造就一批青年学科带头人和学术骨干,促进我国农业生防微生物科学事业的发展.
(二)五年预期目标:
1. 阐明井冈霉素,多氧霉素,申嗪霉素,苏云金芽孢杆菌,白僵菌,杆状病毒
等多种生防微生物制剂的杀虫防病机理;
2. 定向构建多种结构和活性改变的农用抗生素,构建多功能,多优点的芽孢杆
菌,白僵菌,杆状病毒等重组活体生防制剂;
3. 继续分离50种以上具有自主知识产权的杀虫防病基因;
4. 在国内外核心刊物发表200篇以上论文,其中SCI源杂志发表120篇以上,
申请或获得国内外发明专利40项以上;
5. 获得具有应用前景的重组微生物制剂15个以上;
6. 培养2-3名国家杰出青年基金获得者和150名左右的研究生,培养一支高水平的生防微生物研究队伍.
三,研究方案
(一)总体研究思路,技术路线及可行性
1,总体研究思路:
面向农业病虫害防治,农作物优质高产,保障生态环境及农产品安全的国家重大战略需求,紧跟国际本领域研究前沿,依托前期973项目的丰硕研究成果,以放线菌,芽孢杆菌,病毒,杀虫真菌和假单胞菌农药制剂为主要研究对象,在功能分析和作用机理的研究基础上实现对生防微生物制剂的定向分子设计.
在基因功能的分析方面,对已经初步鉴定的功能相关基因,结合基因组学的研究成果,在整体水平研究基因的催化功能和调节机制,并辅以有针对性的生物活性测定检测各种突变体杀虫防病能力的变化;继续挖掘新功能基因.
在杀虫防病作用机制方面,一方面确定主要活性组份,另一方面确定作用靶点和作用模式并深入揭示作用机理,还要摸索掌握外部环境条件对杀虫防病作用的影响.
在定向优化生防微生物制剂方面,充分利用其他生防微生物的研究成果和研究手段,构建多价和复合剂型生防微生物制剂,实现各课题之间的有效交叉和促进.
2,技术途径
现代生物技术的飞速发展对生防微生物研究的各个方面将带来巨大影响,因此在各个研究环节采用多种研究手段将大大提高研究结果的正确性和有效性.
(1)基因组学基础上的基因功能分析:在前期973项目支持下,已经获得了杆状病毒,苏云金芽孢杆菌,球形芽孢杆菌,吸水链霉菌的全基因组序列,国际上也有其它放线菌,杀虫真菌和假单胞菌的全基因组序列发表,为我们在组学水平上系统考察基因的生物合成功能和调节功能提供了重要保证,有利于快速揭示生物合成途径和调控网络,有利于综合考察外源基因引入对生防微生物的影响.(2)生物合成功能基因分析:通过体内基因敲除与回补初步确定基因功能,通过异源蛋白超量表达和体外酶促分析初步确定功能蛋白的催化功能及底物特异性,对催化新颖化学反应的蛋白通过晶体衍射,核磁共振等手段阐明催化机理,为组合生物合成和代谢工程改造提供候选基因.(3)生物合成调节基因功能分析:通过体内基因敲除与回补或RNAi技术初步确定功能相关性,然后通过实时定量PCR,凝胶阻滞试验,S1核酸酶作图,足印分析等技术阐明调控机制,在转录组水平揭示途径专一性或全局性调节因子,指导生防微生物制剂的高产和作用发挥.(4)作用机制的阐明:利用生物活性测定来追踪和确定关键活性作用组份,并利用活体细胞或酶进行体内体外分析确定作用靶点和作用模式,继而通过蛋白共结晶,核磁共振,圆二色谱,荧光淬灭FRET等阐明作用机制.(5)生防微生物制剂的定向改造:全基因组水平的DNA改组(DNA shuffling)技术是显著提高生防微生物性能和产量最为有效的手段之一;在生物合成功能分析基础上也可以通过DNA改组改变单一蛋白的催化性质及其他重要性质,可以通过代谢工程和组合生物合成手段定向改造生物合成途径,产生新结构新活性制剂.
3,取得重大突破的可行性分析
(1)前期973项目奠定了良好的研究基础:本项申请所提出的主要科学问题是在前5年的973项目研究进展基础之上提出的,因此具有扎实的理论和技术基础.前期研究不但积累了大量的功能基因,优化了针对各生防微生物的遗传操作体系,而且各课题组在多方向,多途径摸索过程中建立了有针对性的研究方向.(2)良好的研究平台和先进的管理体系:本项目依托5个国家重点实验室和8个部门开放实验室,有先进的研究设施和良好的工作条件,已基本上具有开展相关研究工作的各种条件;前期项目执行过程中形成了良好的协作机制,滚动机制和奖惩机制等先进管理经验,为本项目的顺利开展和高效管理提供了宝贵经验.(3)高水平的配合默契的研究队伍:研究队伍的主体来自于前期项目,课题与课题之间,课题内部经过一段时间的磨合,在任务分配,技术和材料交流,项目管理等方面都形成了默契,并营造了非常好的学术交流氛围,成为科学研究顺利进行的重要保证.
(二)与国内外同类研究相比的创新性及特色
1,以我国丰富的生防微生物资源为基础,选择在农业病虫害防治中效果最显著,影响最广泛,最具国际竞争力的放线菌,芽孢杆菌,杆状病毒,杀虫真菌和假单胞菌为研究对象,研究成果将直接提升生防微生物制剂在农业中的贡献.
2,采用临床用药作用机理研究模式研究生防微生物制剂作用机理,通过体内体外分析寻找作用靶点,通过共结晶,核磁共振等手段揭示作用机理,提高生防微生物制剂作用的特异性并为定向改造奠定基础.
3,在生物合成机理和作用机制研究基础上,通过基因组改组,组合生物合成和代谢工程等手段定向构建多价,性能优良的新型生防微生物制剂,并通过项目内各课题组间的有机交叉构建复合剂型生防微生物制剂.
4,在前期973项目的执行过程中,形成了一支年富力强,乐于合作,善于交流和具有丰富科研经历的生防微生物研究骨干队伍,项目良好的运转体系也为今后项目的顺利实施铺平了道路.
(三)课题设置
课题一:农用抗生素的作用机理与改造
1.主要研究内容
(1) 农用抗生素作用机理研究:由于我国过去自主开发的许多农用抗生素都是全菌代谢物的混合物,并不清楚关键的活性组份,因此需要通过系统性的代谢产物分离和活性检测来确定活性组份;另一方面鉴定和克隆对应病虫害的靶蛋白,通过共结晶,核磁共振,分子互作等多种手段阐明农用抗生素的作用机理.
(2)新型农用抗生素生物合成基因簇的克隆:充分利用抗生素生物合成基因簇克隆的成果,采取多种策略克隆金核霉素,磷氮霉素,农抗120,公主岭霉素等多个重要农用抗生素的生物合成基因簇,充实我国农用抗生素生物合成基因库,为代谢工程和组合生物合成改造已有重要农用抗生素奠定基础.
(3)抗生素生物合成机理的阐明:对已经开展研究的井冈霉素,南昌霉素,梅岭霉素,尼日利亚菌素,米多霉素,杀稻瘟菌素和将要克隆的金核霉素,磷氮霉素,农抗120,公主岭霉素生物合成基因簇进行深入的生物合成机理研究,揭示新颖的催化反应及其机制,获得新结构衍生物.
(4)抗生素产生菌的组合生物合成与代谢工程改造:充分利用国际组合生物合成的研究成果和自身积累的多种农用抗生素生物合成基因资源,并根据作用模式所揭示的构效关系,以代谢工程和组合生物合成手段定向改造上述农用抗生素,提高作用特异性,降低毒副作用,增加农用抗生素的产品附加值.
2.研究目标
确定农抗120,公主岭霉素等5种以上未知关键活性组份农用抗生素的活性组份;阐明井冈霉素,多氧霉素,茴香霉素,阿维菌素等5种农用抗生素的分子作用机制;克隆并揭示金核霉素,磷氮霉素,农抗120,公主岭霉素等5种以上农用抗生素的生物合成基因簇及其生物合成机制;定向改造井冈霉素等多种农用抗生素,获得20种以上新结构衍生物;在SCI源杂志上发表多篇高水平学术论文,影响因子总和超过100,影响因子大于5的10篇以上,申请或获得20个国际国内专利;培养20名硕士和博士研究生,培养至少1名国家杰出青年基金获得者.
3.承担单位:上海交通大学,中国科学院上海有机化学研究所
4. 课题负责人:邓子新(上海交通大学)
5. 经费比例:20%
课题二:苏云金芽胞杆菌杀虫基因的结构功能与代谢调控研究
1.主要研究内容
(1) cry基因表达调控网络及芽胞与晶体形成机制:在Bt基因组序列分析的基础上,利用表达谱基因芯片,lacZ,gfp基因转录分析等技术手段,重点研究Bt芽胞和晶体形成过程中与cry基因表达和与Sigma L,sigma K,sigma E,spo0A等调控因子相关的新基因.
(2)Bt杀虫蛋白基因的结构与杀虫作用机理:围绕自主发现的新型cry基因(cry1Ah,cry1Ie,cry7Ba1,cry51Aa1和cry55Aa1等),分别选择棉铃虫,玉米螟,小菜蛾等重要农业害虫,利用基因突变,RNAi,蛋白质组学等技术,研究分析有关杀虫蛋白结构的特异性与杀虫作用机理;研究Cry晶体蛋白三维结构,以及不同结构域loop/sheet与功能间的关系;研究昆虫中肠新的蛋白受体.
(3)Bt非特异性毒力因子的功能与表达调控:研究受plcR(pleiotrophic regulator)基因调控和不受其调控的非特异性毒力相关基因的功能,以及与cry基因表达调控的关系.
(4)结合转移遗传体系改良:pHT73和pC33质粒在蜡状芽孢杆菌群菌株中接合转移水平及接合转移动力学,建立稳定的Bt接合转移系统和接合转移遗传改良技术和方法.
(5)Bt杀虫基因的修饰改造与分子设计:在Bt毒力相关基因(包括cry,PlcR,增效因子ZWA等)结构功能,代谢调控和Cry蛋白修饰研究的基础上,研究优良基因组合(gene stacking)与Bt制剂优化途径,以提高杀虫毒力,扩大杀虫谱.
2.研究目标
发现参与cry基因表达调控的关键基因,在分子水平上揭示Bt芽胞形成与晶体形成的调控机制与代谢网络;明确cry基因杀虫作用的分子机理,解析Cry蛋白三维结构与杀虫作用的相关性;提出Bt杀虫基因修饰改造与制剂优化的设计方案,确定优良基因组合,为新型,高效杀虫Bt工程菌剂或转基因植物的创制提供理论基础.在国内外核心刊物发表论文100 篇,其中SCI源杂志论文累计影响因子超过60,3篇代表性论文应居国际微生物领域前列,申请和获得专利10项以上;培养博士研究生20名,硕士研究生30名.
3.承担单位
中国农业科学院生物技术研究所华中农业大学
4. 课题负责人:黄大昉研究员(中国农业科学院生物技术研究所)
5.经费比例:17.5%
课题三 昆虫病毒感染关键步骤的分子机理研究
1.主要研究内容
(1) 杆状病毒关键结构基因的功能及口服感染的分子机理:利用前期ODV蛋白质组学等的研究结果,深入开展38K,HA44等重要结构基因的功能研究;研究口服感染因子P74,PIF1,PIF2,PIF3的结构,功能和相互作用关系;研究中肠细胞上可能的病毒受体.进而揭示杆状病毒口服感染的分子机理,为提高病毒的毒力,扩大宿主范围提供科学依据.
(2)BV的蛋白质组学和膜融合机理:将利用蛋白质组学技术解析杆状病毒BV的结构组成,确定其结构组成中的病毒来源及宿主来源的重要结构蛋白,进而深入研究其重要结构基因的功能;同时解析棉铃虫病毒BV的主要囊膜蛋白F的分子结构,融合肽的精细结构,受体结合区以及可能的细胞受体等,进而揭示膜融合发生的分子机理.
(3)杆状病毒细胞内运输的分子机理:系统筛选和鉴定参与杆状病毒诱导肌动蛋白聚合的病毒基因,并进一步研究其功能及调控的分子机制;深入开展BV/ODV-C42结构与功能研究,揭示杆状病毒调控细胞骨架和病毒形态发生的分子机制.
(4)利用重组病毒等技术研究杆状病毒引起的宿主细胞凋亡的分子机理:探讨杆状病毒DNA复制,宿主mRNA转录关闭,病毒蛋白表达诱导昆虫细胞凋亡起始的分子机理,揭示杆状病毒诱导鳞翅目昆虫细胞凋亡的多重起始信号机制;探讨不同杆状病毒的凋亡抑制蛋白在不同昆虫细胞中与CASPASE的相互作用,分析它们在凋亡通路中行使抗凋亡功能的普遍性和特殊性,了解抗凋亡基因的多样性与病毒系统发生过程中的关系,揭示凋亡抑制蛋白和凋亡通路中起始CASPASE和效应CASPASE相互作用模式.
(5)通过基因改良,置换等构建重组病毒,提高病毒的毒力和宿主范围.
2.研究目标
揭示重要结构蛋白38K,HA44,膜融合蛋白F,细胞骨架作用蛋白BV/ODV-C42,P78/83等关键基因的结构与功能;揭示杆状病毒BV的结构蛋白组成,阐明其上重要的病毒蛋白因子和宿主蛋白因子;解析口服感染,BV膜融合,病毒调控细胞骨架和病毒抗宿主细胞凋亡的分子机理,明确昆虫病毒杀虫的过程和规律;发展新型病毒杀虫剂构建的理论和方法,建立新一代病毒杀虫剂开发的研究平台;在SCI源杂志上发表多篇高水平学术论文,影响因子总和超过90,影响因子大于5的5篇以上;培养20名硕士和博士研究生,争取培养1名国家杰出青年基金获得者.
3.承担单位:
中国科学院武汉病毒研究所中山大学
4. 课题负责人负责人:胡志红研究员(中国科学院武汉病毒研究所)
5.经费比例:17.5%.
课题四 害虫生防真菌致病,抗逆的分子机理与遗传改良
1.主要研究内容
(1)害虫生防真菌致病与抗逆基因鉴定与功能分析:从寄主表皮穿透相关的作用酶系研究深入到真菌侵入寄主体内后的菌-虫动态互作关系研究为突破口,重点探索研究真菌-昆虫实时分子互作的转录组,由此发掘鉴定新的毒力基因.同时,在模拟夏季高温和强紫外辐射的胁迫条件下进行生防真菌的转录组研究,发掘鉴定抗逆相关的新基因.
(2)高效抗逆多靶标生防真菌工程菌株的构建:在已建立的芽生孢子或农杆菌介导的生防真菌遗传改造体系基础上,深入研究靶标害虫的血腔专性表达技术,控制高毒力基因在寄主血腔中的专性表达.对鉴定的毒力基因,抗逆基因或外源昆虫特异性毒素多肽进行基因合成,利用专性表达新技术对目标基因进行定位表达或组成型表达,获得单价或多价转化的高效抗逆多靶标工程菌株.
(3)基于所获遗传改良的工程菌株研制新型真菌杀虫剂:利用已建立的时间-剂量-死亡率模型和孢子衰变模型的模拟技术,研究建立适合新型真菌杀虫剂的应用配套技术体系.
2.研究目标
通过真菌杀虫剂转录组及功能基因组研究,克隆鉴定毒力和抗逆的新基因6-8个,并解析不同基因在真菌感染,致病过程中或不同环境胁迫条件下的功能;获得遗传稳定,杀虫高效,耐夏季高温和紫外辐射的定向遗传改良菌株2-4株;在本领域或生物学主流学术期刊发表论文20篇以上,累计影响因子不低于50;申请发明专利5项以上;培养博士研究生和博士后10人以上,课题组骨干成员至少1人获得国家杰出青年科学基金或入选省部级人才计划.
3.承担单位:
浙江大学
4. 课题负责人:冯明光教授(浙江大学)
5.经费比例: 15%.
课题五 农用抗生素的生物合成与调控
1. 主要研究内容
(1)深入研究尼可霉素,多氧霉素,多杀菌素,阿维菌素等农用抗生素的生物合成机制:利用建立的高效遗传操作体系,通过体内基因敲除与回补,体外蛋白质表达与酶促分析,产物分离与结构解析阐明结构基因的功能和合成途径,同时获得新结构衍生物及工程菌株.
(2) 揭示尼可霉素,多氧霉素,多杀菌素,阿维菌素及寡霉素等生物合成的分子调控机制:利用发展成熟的体内体外转录分析系统,从途径特异性调控和全局性调控等方面入手,揭示各生物合成途径的调控规律,并通过对调节基因的操作实现农用抗生素产量的显著提高.
(3)代谢调控基础上新型的次生代谢产物及其合成基因的挖掘:研究上述重要抗生素产生菌及其他农用抗生素产生菌,通过全局性调节因子的操作并结合不同培养条件,激活或增加其他生物合成途径的转录,全面挖掘农用抗生素产生菌的抗生素编码能力,获得新结构次生代谢产物及其生物合成基因簇.
2.研究目标
深入揭示尼可霉素,多氧霉素,多杀菌素,阿维菌素,寡霉素等的生物合成机制,获得多个新结构衍生物;阐明尼可霉素,多氧霉素,多杀菌素,阿维菌素,寡霉素等生物合成的调控模式,定向积累和大幅度提高单一有效组份的产量;通过全局性调节因子的变化,筛选获得5种以上新结构抗生素及其生物合成基因簇;在SCI收录刊物发表研究论文20篇以上,总影响因子超过50;申请或获得发明专利5-10项;培养博士研究生10-15名.
3.承担单位:
中国科学院微生物研究所华中农业大学
4. 课题负责人:谭华荣研究员(中国科学院微生物研究所)
5.经费比例:15%.
课题六 假单胞菌农药生物合成与改造
1.主要研究内容
(1)吩嗪类化合物,藤黄绿菌素等农药的生物合成分子机理:通过体内基因敲除与回补,体外蛋白表达与酶促分析等阐明生物合成机理,构建合成的代谢网络和分支代谢途径,获得新型衍生物的分离和鉴定.
(2)吩嗪类化合物,藤黄绿菌素等农药的合成调控机制:鉴别和克隆基因组中的sRNA和调控蛋白的编码基因,通过定向突变敲除和反义RNA沉默,研究sRNA在转录后水平上对抗生物质合成的调控作用;受环境条件影响下的基因调节与表达的动态跟踪,次级代谢物合成的环境因素及分子水平的调控,代谢流分析与调节;研究植物不同根系分泌物对假单胞菌生物农药产生的调节机制;建立吩嗪类,聚酮类生物农药及调节细菌菌群传感的信号分子在培养液和环境中痕量分析技术.
(3)吩嗪-1-羧酸等对病原菌的作用机制:研制新型纳米生物农药制剂,实现生物农药的有效释放,提高生防效果.
(4)分离新的假单胞菌农药及其合成基因:大量收集生防假单胞菌,并通过培养条件变化和大规模发酵,筛选新结构生物活性物质并采取多种策略克隆其生物合成基因簇.
2.研究目标
获得新型抗生物质3种以上,并了解其生物合成机理和代谢调控机理;阐明原核生物中的sRNA在转录后水平上调节基因表达的机制;基于代谢工程的基础上,构建高产基因工程菌株3株以上;建立稳定,灵敏,快速,低耗MRB-CEC和MRB-CZE联用技术,为相关聚酮类和吩嗪类农药的代谢物检测,表征和代谢途径分析提供必要的技术支持;培养微生物生物农药相关研究人才15名以上;发表SCI论文30篇,IF大于60,其中IF大于3的论文在5篇以上;申请发明专利10项以上.
3.承担单位:
上海交通大学
4. 课题负责人:许煜泉教授(上海交通大学)
5.经费比例:15%.
(四)各课题之间的相互关系
各课题围绕三个关键科学问题,以主要的活体生防微生物或其代谢产物为研究对象,平行开展不同层次的研究工作,使得生防微生物制剂的主体研究水平齐头并进,并通过不同生物活性的生防微生物制剂的组合与复配,获得多价,多功能,稳定,高效的生防制剂,服务与总体研究目标和5年近期研究目标.
四,年度计划
研究内容
预期目标
第一年
多种靶蛋白基因的克隆;
生物合成基因簇和关键基因的克隆;
调节因子的初步功能分析;
遗传操作系统的建立.
克隆多个生防微生物作用靶蛋白;
建立高效的遗传操作系统;
获得10种具有自主知识产权的杀虫防病基因;
在国内外核心期刊发表40篇以上研究论文,其中SCI论文24篇以上,申请或获得8项以上专利;培养30名博士,硕士.
第二年
摸索靶蛋白的超量表达条件;
多个生物合成基因簇的边界确定和序列测定;
基因表达谱分析基础上的调控机理研究和关键基因挖掘;
构建各种代谢工程改造的基因盒,质粒元件.
5,杀虫蛋白和病毒蛋白的晶体结构,相互作用与构效关系;
6,筛选新结构化合物产生菌.
建立靶蛋白的超量表达条件;
获得完整的生物合成基因簇序列;
建成包含基因盒和质粒元件在内的遗传改造工具库.
获得10种具有自主知识产权的杀虫防病基因;
在国内外核心期刊发表40篇以上研究论文,其中SCI论文24篇以上,申请或获得8项以上专利;
培养30名博士,硕士.
第三年
摸索靶蛋白结晶,生防制剂-靶蛋白共结晶条件;
结构基因编码蛋白的催化功能分析;
调节基因的调节网络分析及沉默基因激活;
杀虫晶体蛋白形成相关基因功能分析;
构建性能优化的基因工程菌.
建立生防制剂-靶蛋白共结晶条件;
鉴定多个重要结构基因的功能;
阐明多个调节基因的调控机制;
获得10种具有自主知识产权的杀虫防病基因;获得具有应用前景的重组微生物制剂5个以上;
在国内外核心期刊发表40篇以上研究论文,其中SCI论文24篇以上,申请或获得8项以上专利;
6,培养30名博士,硕士.
第四年
蛋白晶体的X-射线衍射数据收集与分析;
摸索抗生素-靶蛋白相互作用的NMR,荧光淬灭,圆二色谱等分析条件;
各结构基因和调节基因产物对代谢途径和其他生理过程的影响;
鉴定衍生菌株中化合物的结构与活性变化;
构建多价高性能菌株,提高产量和生物活性及稳定性;
开展新型基因工程菌的适度规模田间试验和发酵工艺摸索.
阐明生防制剂-靶蛋白的相互作用机制;
阐明多个生物合成蛋白的催化机制;
获得多个新结构衍生物,高性能工程菌和相关工艺并进行抗菌活性的测定;
获得10种具有自主知识产权的杀虫防病基因;获得具有应用前景的重组微生物制剂5个以上;
在国内外核心期刊发表40篇以上研究论文,其中SCI论文24篇以上,申请或获得8项以上专利;培养30名博士,硕士.
第五年
全面收集生防制剂-靶蛋白相互作用的NMR,荧光淬灭,圆二色谱等数据;
根据构效关系定向在基因水平定向改造生防制剂,并进一步进行构效关系分析;
利用多种遗传操作元件,构建多价,优良的生防微生物;
优化剂型工艺和发酵工艺,高产稳定的生防制剂新生防制剂的生物活性分析.
1,阐明生防制剂-靶蛋白的相互作用机制;
2,获得多个新结构衍生物,高性能生防微生物制剂;
3,总结出改良生防微生物的新理论和新方法;
4, 获得10种具有自主知识产权的杀虫防病基因;获得具有应用前景的重组微生物制剂5个以上;
5, 在国内外核心期刊发表40篇以上研究论文,其中SCI论文24篇以上,申请或获得8项以上专利;
6,培养30名博士,硕士,3名国家杰出青年基金获得者;
7,完成项目验收,申请农药临时登记药证和国家,省市科技奖.