Bacillomycin D生物合成代谢调控机制的研究

Bacillomycin D (BD) is an antifungal lipopeptide produced by Bacillus sp. It inhibits efficiently Aspergillus flavus and A. ochraceus and reduces the production of mycotoxins. So, BD has a promising prospect to be applied to reduce the pollution of mycotoxins and loss in grain. Many studies on BD synthase gene have been widely reported at abroad, however, there is few works on the nutrition metabolic and gene regulation mechanism of BD biosynthesis, which has affected the breeding of BD high-yield strains at the genetic level. In order to elaborate the metabolic regulation mechanism of BD biosynthesis, we will explore the key enzymes and regulation factors on BD synthesis by combined with RT-PCR, transcriptomics and metabolomics techniques under different nutrient levels. The effect of knockout and overexpression of key enzymes, regulatory signal protein genes and small RNA in B. subtilis on BD synthesis will be studied and the relationship between these regulation factors and transcription, expression of BD synthase gene or synthesis metabolic pathway will be investigated. Our results provide a scientific basis for improving the production of BD in B. subtilis at molecular level.

Bacillomycin D (BD)是一种由芽孢杆菌产生的抗菌脂肽，高效抑制黄曲霉和赭曲霉菌，并减少真菌毒素的产生，因此BD在减少粮食真菌毒素污染和粮食损失等方面具有潜在的应用前景。国内外对BD合成酶基因已有较多研究，但尚无阐明BD合成的营养代谢调控和基因水平的调控机理，影响了在基因水平改良BD高产菌株。本研究旨在利用BD生产菌株B. Subtilis，通过在不同营养水平下BD合成的差异，结合RT-PCR技术、转录组学和代谢组学的手段，探索影响BD合成的关键酶和调控因子，通过敲除或过表达关键酶和调控蛋白的基因以及sRNA，分析与合成代谢过程的关系，确定关键酶及调控蛋白对BD合成基因的转录和翻译的调控作用，阐明BD生物合成的代谢调控机理，为从分子水平上改良BD高产菌株以及高效生产BD提供科学依据。

Bacillomycin D（BD）是芽胞杆菌产生的次级代谢产物，通过非核糖体合成酶系催化形成的环状抗菌脂肽。由于缺少对BD合成代谢调控机制的了解，它的发酵产量一直较低，限制了其作为天然、绿色、新型食品保鲜剂在工业上的大规模生产以及应用。本项目旨在分析影响BD合成代谢的关键调控因子及其调控机制，为产BD芽胞杆菌的分子生物学改造提供了理论支撑。在该项目的资助下，我们分别采用营养代谢分析、基因敲除和过表达技术对BD的合成代谢进行了研究。营养代谢分析显示，解淀粉芽胞杆菌fmbJ在含有菊糖、L-gln的培养基中BD合成代谢显著增强，利用荧光定量技术分析，结果显示菊糖能显著促进BD合成酶基因表达水平，促进BD的合成。菊糖能显著上调ComA，DegU，δH和Spo0A的表达，有利于形成更多芽孢和增强BD合成酶的转录活性，因而促进BD的合成。L-gln能显著上调BD合成酶基因的表达，促进BD的合成。当以L-gln为氮源时，DegU、δH和Spo0A对BD的合成起正调控作用，而AbrB对BD的合成起负调控作用。这些为BD转录调控机制的探索提供了参考。在营养代谢的基础上，我们构建了rapC、comA、degU、spo0A、codY的敲除菌株，利用转录组学技术分析原始菌与信号基因敲除菌株之间转录水平的差异，系统研究了不同信号蛋白及转录因子与BD合成代谢的调控关系。构建信号蛋白ComA、DegU、Spo0A、CodY的过表达载体，获得相应信号基因的过表达菌株，验证信号蛋白在BD合成代谢中的调控模式，采用代谢组测序技术分析BD高效合成的代谢物，确定BD合成的代谢通路及其相应的调控因子。在本项目的资助下，首次发现CodY、Spo0A在解淀粉芽胞杆菌fmbJ的BD合成代谢中的调控作用，推测了BD合成调控的通路图，阐明了解淀粉芽胞杆菌BD生物合成调控的分子机理，为解淀粉芽胞杆菌的分子改造及BD高产菌株的获得提供了理论基础。培养了5名博士研究生，另外5名硕士研究生参与了部分工作。发表论文（17）篇，其中SCI期刊（13）篇，中文核心（4）篇，另有2篇SCI刊源文章正在投稿中。申请发明专利3项。