实验海洋生物学重点实验室知识库

  深海一般指深度大于1000米以上的区域，约占地球总体积的75%，是地球上剩余最大且未被充分开发的水生栖息地，是地球上生物多样性最丰富的生态环境之一。海山是深海中独特的生态环境，具有生物多样性高、生物量大的特点。深海真菌在极端环境的自然选择下，往往容易形成新的代谢途径和生理功能，并进而产生结构新颖且活性显著的次级代谢产物，以应对复杂多变的生存环境及残酷的物种竞争。

  本论文聚焦于西太平洋海山来源真菌中含杂原子化合物的挖掘及其生物活性研究，对海山动物和沉积物来源真菌采用多种培养基和不同的培养方式对其进行发酵优化，采用HPLC-DAD指纹图谱以及TLC结合的方法对其粗提物进行化学筛选，最终选定菌株AS-212、AS-506以及SD-750为目标菌株，对其进行规模化发酵，并对其发酵粗提物开展化学成分的研究，综合运用各种色谱学和波谱学手段，从三株西太平洋海山来源真菌中共分离鉴定68个化合物，发现19个新化合物和2个新天然产物，其中包括45个生物碱类化合物，15个聚酮类化合物（含氯原子化合物8个）和8个萜类化合物。

  从麦哲伦海山半红珊瑚来源杂色曲霉（Aspergillus versicolor AS-212）中分离获得28个单体化合物，结构类型包括20个生物碱类化合物（AV1−AV20）和7个倍半萜类化合物（AV21−AV27）以及1个倍半萜二聚体类化合物（AV28），发现6个新的二酮哌嗪类化合物（AV1−AV6）和两个新天然产物（AV7和AV8），通过DP4+核磁计算、ECD计算以及X射线单晶衍射实验等确定了新化合物的绝对构型。对分离得到的部分化合物进行抗菌活性和血管紧张素转化酶抑制活性测试，活性测试结果表明化合物AV6和AV21−AV23对水产病害菌哈氏弧菌Vibrio harveyi和副溶血弧菌V. parahaemolyticus具有较强的抑制活性，MIC值介于4−8 µg/mL之间。所测试化合物对血管紧张素转化酶没有表现出明显的抑制活性。

  从麦哲伦海山偕老同穴海绵来源球毛壳菌（Chaetomium globosum AS-506）中分离鉴定29个单体化合物，包括23个细胞松弛素类化合物和6个含氯的azaphilone类化合物，发现8个新的细胞松弛素类化合物，其中化合物thiochaetoglobosins A−F（CG1−CG6）是首次发现的在C-21或C-22位置上具有硫甲基取代的chaetoglobosin类细胞松弛素类化合物，化合物18-nor-prochaetoglobosin II（CG7）是首次发现的C-18处甲基发生降碳的chaetoglobosin类化合物。抗菌活性筛选发现化合物CG7和CG13对水产病害菌溶藻弧菌V. alginolyticus和哈氏弧菌V. harveyi具有较强的抑制活性，其中CG7对溶藻弧菌V. alginolyticus的抑制效果与阳性对照（氯霉素）相当，MIC为0.5 µg/mL，有望开发成为抗溶藻弧菌药物先导化合物，同时也对化合物CG7抗溶藻弧菌的机制进行了探索。此外，细胞毒活性筛选发现化合物CG7对人结肠癌细胞HCT-116、人肾透明细胞腺癌细胞786-O、人食管癌细胞TE-1、人膀胱癌细胞5637以及人脑瘤细胞SF126等五株细胞株具有较强的细胞毒活性，IC₅₀值在4.52~7.54 μM。化合物CG11对人膀胱癌细胞5637、人胃癌细胞MKN-45以及人前列腺细胞DU145具有显著的细胞毒活性，IC₅₀值为0.72~4.14 μM，优于阳性对照（顺铂）。通过¹³C同位素喂养实验证明了thiochaetoglobosin类化合物硫甲基中的甲基来源于培养时添加的甲硫氨酸。

从西太平洋深海沉积物来源鞘胞属真菌（Chalara sp. SD-750）中分离获得9个聚酮类（CS1−CS9）和2个生物碱类化合物（CS10和CS11），发现5个新的多羟基氧杂蒽酮类化合物，其中化合物CS1和CS3是首次发现的具有氯原子取代的多羟基氧杂蒽酮类化合物，并首次培养获得其单晶结构，通过X射线单晶衍射分析结合ECD图谱比较的方法确定了新化合物的绝对构型。抗菌活性显示化合物CS1和CS2对哈氏弧菌V. harveyi具有较强的抑制活性，MIC值分别为2和8 µg/mL。细胞毒活性初筛结果显示化合物CS1和CS2在10 μM时对人肺癌细胞A549具有细胞毒活性。

  本论文通过对西太平洋海山动物和沉积物样品来源的三株真菌次级代谢成分进行了深入挖掘和定向分离，发现了生物碱以及含氯原子的聚酮等含杂原子的化合物，丰富了二酮哌嗪、细胞松弛素以及多羟基氧杂蒽酮为代表的化合物的结构多样性和生物活性。生物活性评价发现多个化合物具有显著的抗菌以及细胞毒活性，本研究拓展了海山来源真菌次级代谢产物的结构类型，为海洋活性天然产物的研究提供了一定的物质基础和理论指导。

第1章 深海真菌来源含杂原子化合物研究进展 1

1.1 引言 1

1.2 深海真菌来源生物碱类化合物研究进展 1

1.3 深海真菌来源含硫化合物研究进展 11

1.4 深海真菌来源含卤素化合物 14

1.4.1 深海真菌来源含氯化合物 14

1.4.2 深海真菌来源含碘化合物 17

1.5 小结与讨论 18

第2章 麦哲伦海山珊瑚来源真菌Aspergillus versicolor AS-212次级代谢产物及其生物活性研究 21

2.1 前言 21

2.2 实验部分 21

2.2.1 菌株AS-212的分离纯化与鉴定 21

2.2.2 菌株AS-212的筛选与发酵 22

2.2.3 菌株AS-212发酵产物的提取与分离 22

2.2.4 菌株AS-212化合物生物活性测试 24

2.3 结果与讨论 25

2.3.1 菌株AS-212新化合物结构鉴定 25

2.3.2 菌株AS-212新化合物理化性质 39

2.3.3 菌株AS-212已知化合物结构鉴定 41

2.3.4 菌株AS-212化合物的生物活性测试结果 54

第3章 麦哲伦海山海绵来源真菌Chaetomium globosum AS-506次级代谢产物及其生物活性研究 57

3.1 前言 57

3.2 实验部分 57

3.2.1 菌株AS-506的分离纯化与鉴定 57

3.2.2 菌株AS-506的筛选与发酵 58

3.2.3 菌株AS-506发酵产物的提取与分离 58

3.2.4 菌株AS-506化合物生物活性测试 60

第1章 深海真菌来源含杂原子化合物研究进展 1

1.1 引言 1

1.2 深海真菌来源生物碱类化合物研究进展 1

1.3 深海真菌来源含硫化合物研究进展 11

1.4 深海真菌来源含卤素化合物 14

1.4.1 深海真菌来源含氯化合物 14

1.4.2 深海真菌来源含碘化合物 17

1.5 小结与讨论 18

第2章 麦哲伦海山珊瑚来源真菌Aspergillus versicolor AS-212次级代谢产物及其生物活性研究 21

2.1 前言 21

2.2 实验部分 21

2.2.1 菌株AS-212的分离纯化与鉴定 21

2.2.2 菌株AS-212的筛选与发酵 22

2.2.3 菌株AS-212发酵产物的提取与分离 22

2.2.4 菌株AS-212化合物生物活性测试 24

2.3 结果与讨论 25

2.3.1 菌株AS-212新化合物结构鉴定 25

2.3.2 菌株AS-212新化合物理化性质 39

2.3.3 菌株AS-212已知化合物结构鉴定 41

2.3.4 菌株AS-212化合物的生物活性测试结果 54

第3章 麦哲伦海山海绵来源真菌Chaetomium globosum AS-506次级代谢产物及其生物活性研究 57

3.1 前言 57

3.2 实验部分 57

3.2.1 菌株AS-506的分离纯化与鉴定 57

3.2.2 菌株AS-506的筛选与发酵 58

3.2.3 菌株AS-506发酵产物的提取与分离 58

3.2.4 菌株AS-506化合物生物活性测试 60

3.2.5 [13C-CH3]-L-methionine喂养实验 60

3.3 结果与讨论 61

3.3.1 菌株AS-506新化合物结构鉴定 61

3.3.2 菌株AS-506新化合物理化性质 76

3.3.3 硫甲基引入机制的推测 79

3.3.4 菌株AS-506已知化合物结构鉴定 80

3.3.5 菌株AS-506化合物的生物活性测试 92

第4章 西太平洋海山沉积物来源真菌Chalara sp. SD-750次级代谢产物及其生物活性研究 97

4.1 前言 97

4.2 实验部分 97

4.2.1 菌株SD-750的分离纯化与鉴定 97

4.2.2 菌株SD-750的筛选与发酵 98

4.2.3 菌株SD-750发酵产物的提取与分离 98

4.2.4 菌株SD-750化合物生物活性测试 99

4.3 结果与讨论 100

4.3.1 菌株SD-750新化合物结构鉴定 100

4.3.2 菌株SD-750新化合物理化性质 107

4.3.3 菌株SD-750已知化合物结构鉴定 109

4.3.4 菌株SD-750化合物的生物活性测试 112

第5章 总结与展望 115

5.1 总结 115

5.2 创新点 116

5.3 展望 116

参考文献 119

致 谢 135

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 137