[发明专利]天然除草剂thaxtomins的高产菌株及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了天然除草剂thaxtomins的高产菌株及其制备方法和用途。该菌株来源于小白链霉菌J1074，neo基因替换cebR基因，同时含有thaxtomin生物合成基因簇：txtC和txtH基因，txtB基因，txtA基因，P_rpoD启动子，txtR基因，txtE基因，txtD基因。本发明敲除了S.albus J1074菌株中的负调控因子cebR基因；另一方面改良了thaxtomin基因簇中的正向调控因子txtR基因的启动子。使得获得的重组菌株可以在没有诱导剂“纤维二糖”的情况下，大量产生thaxtomins，该菌株还可以稳定的复制和遗传，为工业生产奠定了基础，提高了产量。

技术领域

本发明涉及基因工程领域，尤其涉及天然除草剂thaxtomins的高产菌株及其制备方法和用途。

背景技术

天然除草剂thaxtomin A(结构式见图1)发现于可以导致马铃薯疮痂病的几种链霉菌中，包括“Streptomyces scabiei，Streptomyces acidiscabies，Streptomycesturgidiscabies，Streptomyces europaeiscabiei，Streptomyces stelliscabiei”(Loria,R.,Kers,J.,Joshi,M.(2006).Evolution of plant pathogenicity in Streptomyces.Annu.Rev.Phytopathol.,44,469-487)。Thaxtomins系列产物能够抑制植物纤维素合成，导致植物块根或者块茎木栓质化，因而呈现出疮痂癍症状(Lawrence,C.H.,Clark,M.C.,King,R.R.(1990).Induction of common scab symptoms in asepticallycultured potato tubers by the vivotoxin,thaxtomin.Phytopathology,80(7),606-608.)。已经发现由于其纤维素合成抑制的特性，赋予了thaxtomins良好的除草剂性质(King,R.R.,Lawrence,C.H.,Gray,J.A.(2001).Herbicidal properties of thethaxtomin group of phytotoxins.Journal of agricultural and food chemistry,49(5),2298-2301.)。有研究表明，thaxtomins可用于控制农田杂草而不影响农作物生长(Koivunen M,Marrone P.Uses of thaxtomin and thaxtomin compositions asherbicides:U.S.Patent 10,010,079[P].2018-7-3.)；以及可用于控制水生植物中的藻类杂草(Kang,Y.,Semones,S.,Leder,J.,Tran,A.(2011).U.S.Patent No.7,989,393.Washington,DC:U.S.Patent and Trademark Office.)。目前thaxtomins的生产方法有生物合成和化学合成，而化学合成工艺复杂，耗能较高，限制了thaxtomins的生产应用(Zhang,H.,Ning,X.,Hang,H.,Ru,X.,Li,H.,Li,Y.,...Wang,X.(2013).Total synthesisof thaxtomin A and its stereoisomers and findings of their biologicalactivities.Organic letters,15(22),5670-5673.)。而由于thaxtomin原始产生菌的产量低和需要消耗诱导剂等缺陷，限制着生物合成的进一步发展。链霉菌中普遍存在的cebR基因是thaxtomin生物合成的负调控因子，通过结合thaxtomin生物合成基因簇中的两个cbs(CebR binding site)位点，发挥对thaxtomin合成的抑制作用(Francis,I.M.,Jourdan,S.,Fanara,S.,Loria,R.,Rigali,S.(2015).The cellobiose sensor CebR is thegatekeeper of Streptomyces scabies pathogenicity.MBio,6(2),e02018-14.)。近年来，已经有不少在thaxtomin高产方面的努力(Jiang,G.,Zhang,Y.,Powell,M.M.,Zhang,P.,Zuo,R.,Zhang,Y.,...Ding,Y.(2018).High-yield production of herbicidalthaxtomins and thaxtomin analogs in a nonpathogenic Streptomycesstrain.Appl.Environ.Microbiol.,84(11),e00164-18.)(Loria R,Jourdan S,Rigali S,et al.Methods for thaxtomin production and modified streptomyces withincreased thaxtomin production[P].2016-03-24.)(娄春波，赵学金.提高thaxtomin发酵产量的方法：CN109554415[P].2019-04-02)(Yousong,Ding.,Guangde,Jiang.Methodsfor thaxtomin production in engineered non-native streptomyces in the absenceof cellobise[P].2019-06-06)，但是以上的报道并没有在异源宿主中敲除thaxtomin生物合成的负调控因子，宿主对于thaxtomin的产生仍然具有严密调控。