全局转录因子HrdB调控阿维菌素高产机制研究

阿维菌素是大环内酯类抗生素，具有广谱、高效抗虫活性，在医药、农业和畜牧业生产中具有良好的应用价值和广阔的市场前景。阿维菌素在我国生产和应用规模庞大，但目前是以廉价劳动力和资源消耗为代价的，而提高菌株的单位发酵产量可以从根本上降低能耗和生产成本，减少对环境的污染。我们前期实验结果证明对于全局转录调控因子HrdB 的突变能够显著提高阿维菌素的产量，但HrdB突变菌株中阿维菌素产量提高的分子机制并不清楚。本项目拟通过转录组测序（RNA-seq）方法分析高产阿维菌素的HrdB工程专利菌株和出发菌株的基因表达差异，并分析差异表达基因的功能，揭示全局转录因子HrdB调控阿维菌素高产的分子机制，并在此基础上，利用差异表达基因将工业菌株改造成为产量更高、发酵性能更为优良的高产菌株，从而促进阿维菌素产业的发展。

合成生物学以“综合、整体”的思路, 为解决现代工业生物技术领域的若干难题提供契机。为实现对天然生物系统的重新设计和改造，首先需要对其中的代谢通路和调控网络进行充分认知。我们以阿维菌素为例，阿维菌素是大环内酯类抗生素，具有广谱、高效抗虫活性，在医药、农业和畜牧业生产中具有良好的应用价值和广阔的市场前景。阿维菌素在我国生产和应用规模庞大，但目前是以廉价劳动力和资源消耗为代价的，而提高菌株的单位发酵产量可以从根本上降低能耗和生产成本，减少对环境的污染。我们前期实验结果证明对于全局转录调控因子HrdB的突变能够显著提高阿维菌素的产量，但HrdB突变菌株中阿维菌素产量提高的分子机制并不清楚。本项目采用转录组测序（RNA-seq）方法分析高产阿维菌素的HrdB工程专利菌株和出发菌株的基因表达差异，并分析差异表达基因所属的代谢通路和对于阿维菌素合成可能的功能，并在此基础上，我们选取了异亮氨酸代谢通路中的ilvA、ilvD、ilvE,引入丙酰CoA羧化酶pccB基因、还原力再生过程中的putA/B基因进行敲除和定点突变，证实了其对于阿维菌素产量的作用。通过本研究揭示了全局转录因子HrdB调控阿维菌素高产的分子机制，并为从合成生物学角度进行模块的整合和优化表达奠定了基础。