尼可霉素生物合成中信号分子介导的SabR调控的分子机制

Nikkomycins are the nucleoside peptide antibiotics produced by Streptomyces ansochromogenes, which are potent competitive inhibitors against plant pathogenic fungal chitin synthases since their chemical structures are similar to the natural substrate of chitin synthase, UDP-N-acetylglucosamine. They are non-toxic to mammals, making them valuable antifungal agents. We found that signaling molecule (such as GBL) might play an important role by regulating sabR, a positive regulatory gene of sanG which is a pathway-specific transcriptional regulatory gene for nikkomycin biosynthesis in Streptomyces ansochromogenes. Based on previous findings, this project is proposed to dissect what kind of signaling molecules mediate regulation of SabR, including communication or cross talk between interspecies signals affecting antibiotic biosynthesis, isolation and purification as well as structural analysis of signaling molecule. All of the studies mentioned above are aimed to reveal novel molecular mechanism of signaling molecule and its receptor in mediating antibiotic biosynthesis and in inducing novel antibiotic production in Streptomyces.

尼可霉素是圈卷产色链霉菌产生的一种核苷肽类抗生素，是几丁质合成酶的强竞争性抑制剂，对植物病原真菌有很好的抑杀效果, 是具有应用价值的一种新型农用抗生素。申请人实验室近年来在尼可霉素生物合成和调控研究方面有系统深入的工作, 发现信号分子(GBL，gamma-丁酸内酯)在该抗生素生物合成中有重要作用, 它主要通过控制途径特异性调控基因sanG的正调控基因sabR来行使其功能。本申请项目拟在原工作基础上揭示什么类型的信号分子调控尼可霉素的生物合成，阐明信号分子介导SabR作用的分子机制，SabR与AdpA的协同调控，种间信号分子交流（Cross talking）对抗生素生物合成的影响，对信号分子进行结构解析, 获得信号分子及其受体蛋白在链霉菌抗生素生物合成及其诱导新型抗生素产生的新调控机制。

链霉菌具有复杂的发育分化生命周期和丰富多样的次级代谢产物合成能力，其中信号分子作为细胞间交流的语言，在链霉菌生理和代谢过程中扮演着重要的角色。丁烯酸内酯类信号分子能调控链霉菌复杂的生理特征，如形态分化和抗生素合成等。但由于含量很低，对其调控机制研究得很少。在圈卷产色链霉菌中通过基因组挖掘发现信号分子合成基因簇sab，包括三个结构基因 (sabA, sabP, sabD)和两个调控蛋白编码基因 (sabR1, sabR2)。其中信号分子合酶基因sabA破坏导致尼可霉素不能生物合成，而回补后尼可霉素产量可恢复到野生菌株的水平，并且在sabA突变株 (∆sabA)中添加野生株发酵液的粗提液也能恢复尼可霉素的产生。说明SabA合成了可分泌表达的代谢产物，并且该化合物具有激活尼可霉素生物合成的活性。通过强启动子的作用将信号分子生物合成基因sabA、sabP、sabD在大肠杆菌和天蓝色链霉菌中异源表达，并分离纯化了三种丁烯酸内酯类信号分子SAB1、SAB2和SAB3，其中SAB1是一种尚未报道的新型信号分子。阐明了信号分子SAB的受体蛋白是SabR1，在SABs达到一定浓度时与SabR1结合使其从靶基因cprC的启动子上解离下来，解除对cprC抑制，CprC能够直接激活adpA的转录，而AdpA进一步激活尼可霉素的生物合成。在SABs缺失情况下，SabR1直接抑制cprC转录，进而使adpA转录水平降低，而影响尼可霉素生物合成基因簇相关基因的表达，最终导致尼可霉素不能生物合成。.诺西肽是活跃链霉菌产生的典型硫肽家族抗生素，其生物合成前体包含N端前导肽 (LP) 序列和C端核心肽 (CP) 序列。诺西肽具有较好的抑制革兰氏阳性细菌的活性，目前作为饲料添加剂广泛用于牲畜感染的治疗。同时诺西肽具有潜在抗MRSA活性，是一种具有开发潜力的抗生素。nosP是诺西肽基因簇中唯一的调控基因，编码SARP家族调控蛋白。通过对nosP进行缺失突变、互补以及高表达，证明NosP是诺西肽合成的激活子。可以激活所有结构基因的两个转录单元（nosL-A和nosM-O）的转录，抑制自身编码基因nosP的转录。EMSA结果揭示NosP的DNA结合活性同时受到来源于前导肽LP的小肽和来源于核心肽CP的中间体及终产物的调节。