产酶溶杆菌中一个新型孤立LuxR蛋白调控抗菌物质HSAF生物合成的分子机制

Lysobacter enzymogenes is an important bacterial biocontrol agent. Recently, a secondary and broad-spectrum antifungal factor called HSAF with new chemical structure and mode of action was identifed from this bacterium. The unique biosynthetic mechanism of HSAF in this bacterium has been elucidated,however,the genetic regulatory mechanism for HSAF biosynthesis is largely unknown. On the basis of sequencing genome, a novel solo LuxR protein (LesR) with transcriptional regulatory activity was identified from strain OH11, a newly-isolated Chinese species of L. enzymogenes in our laboratory, and shown to modulate HSAF biosynthesis via an indirect and uncharacterized mechanism(s). In the present study, in order to investigate the genetic basis for this mechanism, we aim to identify the key factor(s) for modulating HSAF biosynthesis in the downstream of lesR by using transcriptomics, ChIP-Seq as well as other methods, and elucidate the mechanism(s) of lesR in the regulation of this factor(s) under genetic level. Furthermore, understanding regulatory mechanism(s) of this factor(s) in modulating HSAF biosynthesis is another objective.This knowledge is an important aid to generate genetically modified L. enzymogens strain with high-level HSAF, and further to develop HSAF-based biopesticide.

产酶溶杆菌是一种重要的生防细菌。HSAF是该菌中新报道的一种结构和作用方式新颖的广谱型次生抗真菌物质。申请者已阐明该物质在产酶溶杆菌中独特的生物合成途径，但其生物合成的调控机制仍不清楚。在前期工作中，申请者以具有自主知识产权的OH11菌株为对象，从其基因组中鉴定了一个具有转录调控活性的新型孤立LuxR蛋白（LesR），发现lesR是通过一种间接机制调控HSAF生物合成的。本项目为阐明这种间接机制的遗传学基础，将利用转录组、ChIP-Seq和荧光定量等技术，鉴定位于lesR下游并调控HSAF生物合成的未知关键因子，阐明lesR对未知关键因子的调控作用，明确未知关键因子对HSAF生物合成的调控机制。研究结果将揭示一个新型的孤立LuxR蛋白调控一种新颖抗菌物质(HSAF)生物合成的作用机制，为后续遗传改良OH11获得高产HSAF生防菌株和基于HSAH设计生物农药提供理论依据和技术支撑。

HSAF是产酶溶杆菌中新报道的一种结构和作用方式新颖的广谱型次生抗真菌物质。申请者已阐明该物质在产酶溶杆菌中独特的生物合成途径，但其生物合成的调控机制仍不清楚。前期以具有自主知识产权的OH11菌株为对象，从其基因组中鉴定了一个具有转录调控活性的新型孤立LuxR蛋白（LesR），发现该蛋白是通过一种间接机制调控HSAF生物合成的。本项目的核心工作是阐明这种间接机制的遗传学和生化基础。通过4年的资助，本项目取得了如下进展：.第一，通过比较蛋白质组学，在产酶溶杆菌中鉴定了33个受LesR调控的靶标蛋白，其中9个蛋白属于TBDR蛋白家族，它们主要负责细菌营养物质转运等基础生物学功能。鉴于HSAF的生物合成是一种营养依赖的表型，这与TBDR的基础生物学功能相吻合，暗示受LesR调控的9个TBDR蛋白可能参与了HSAF的生物合成。为此，我们通过系统突变，获得了6个突变株。通过HSAF的定量检测、基因转录表达、点突变等手段，发现受LesR调控的TBDR7在HSAF的合成中扮演重要角色。同时发现LesR调控TBDR7是一种间接机制，即LesR不能直接结合在TBDR7编码基因的启动子区。这一部分工作阐明产酶溶杆菌LesR调控HSAF生物合成的信号通路之一是通过控制其下游的TBDR7表达来实现的。.第二，除TBDR7外，我们还开展了LesR信号途径下游其他关键因子的鉴定。利用遗传学分析，发现了位于LesR信号途径下游的一个全局性转录调控因子Clp。在遗传学层面，LesR可控制Clp的蛋白表达，而Clp则能调控HSAF合成，揭示除TBDR7外，LesR还能通过Clp来完成其对HSAF合成的调控，进一步揭示产酶溶杆菌LesR调控功能的发挥涉及多个信号通路。.第三，深入研究了Clp控制的其他生物学功能、作用机制及其与LesR的关系，揭示了LesR在产酶溶杆菌中新的功能及其调控机制，圆满完成了本基金项目的研究内容和考核指标。.项目执行期内（2014-2017），在Molecular Microbiology等本领域的专业刊物上发表项目标注的SCI论文9篇，其中第一标注5篇。2014年发表在Phytopathology上的论文被期刊主编进行了Highlight。此外，本项目培养研究生7名，其中博士研究生3名。本研究完成了项目规定的研究内容和考核指标。