NAPs在天蓝色链霉菌次级代谢调控中的作用机制

拟核结合蛋白（NAPs）是近年来发现的一类广泛存在于细菌当中的具有DNA结合作用的蛋白，分别参与DNA的复制，转录和翻译等多种生理过程的调控。最近项目申请人实验室在天蓝色链霉菌基因组上发现了18个可能的编码NAPs的基因，通过基因敲除发现其中3个NAPs编码基因的缺失能够显著促进天蓝色链霉菌放线紫红素（ACT）的产生，这是首次发现NAPs对链霉菌次级代谢具有调控作用,该类调控机制很可能在链霉菌次级代谢过程中具有普遍性。但它们具体的生物学功能是什么，又是如何在链霉菌次级代谢中起调控作用的？这些都是亟待解决的问题。本项目拟对上述3个参与链霉菌次级代谢调控的NAPs基因功能进行深入研究，并将从分子水平阐明其作用机制，为揭示链霉菌次级代谢调控网络及发现新的次级代谢产物奠定基础。

天蓝色链霉菌是研究抗生素生物合成调控和细菌形态分化的模式材料。天蓝色链霉菌基因组中存在10%以上的调控基因，然而目前人们对这些调控基因功能以及作用机制的认识仍然十分有限。本课题从参与天蓝色链霉菌次级代谢调控的拟核结合蛋白编码基因入手，通过基因敲除和遗传互补分析了其中10个调控基因的功能，发现它们的缺失对天蓝色链霉菌抗生素的产生以及形态分化都有不同程度的影响。我们进一步系统研究了其中4个调控蛋白编码基因的功能以及作用机制。肌醇是链霉菌细胞壁的重要组成成分，同时与链霉菌的形态分化相关。SCO6974编码一个GntR家族的调控蛋白，我们研究发现其编码产物能够通过直接调控天蓝色链霉菌肌醇降解相关基因的转录从而控制肌醇降解过程，该基因还能够通过控制细胞中肌醇的量来影响链霉菌的形态分化以及抗生素的产生。SCO6256也编码一个GntR家族的蛋白，其推测的蛋白序列与SCO6974具有较高的一致性。然而我们研究表明，SCO6256主要参与对抗生素生物合成的调控，尤其能够通过直接调控cdaR的转录控来制钙依赖抗生素（CDA）的产生。SCO2140编码一个Lrp/AsnC家族蛋白，但缺少典型的DNA结合结构域。SCO2140的缺失导致放线紫红素（ACT）和钙依赖抗生素（CDA）产量急剧下降，同时形态分化受阻。转录分析等实验表明，SCO2140很可能通过调控其下游的可能的丝氨酸蛋白酶编码基因SCO2139的转录正调控抗生素的产生与链霉菌形态分化。SCO1295编码一个AsnC家族蛋白。SCO1295的缺失导致其上游可能的胱硫醚--合酶编码基因SCO1294的转录下降，但显著提高ACT和十一烷基灵菌红素（RED）的产量。该表型与SCO1294缺失突变株相似。进一步实验表明，SCO1295能够通过直接控制SCO1294的转录从而影响抗生素的产生。上述研究充实了人们对天蓝色链霉菌拟核结合蛋白编码基因功能以及作用机制的认识，为更好地理解链霉菌中次级代谢的调控机制以及调控网络奠定了基础。上述部分研究工作已在本领域主流期刊Appl Microbiol Biotech 和Microbiology上发表。