阿维链霉菌氧化还原调控因子Rex的调控功能研究

Oxygen supply is a vital parameter in the process of antibiotics fermentation in Streptomyces,therefore understanding how Streptomyces senses and responds to redox signal is very important. Though Rex was firstly identified in Streptomyces as a redox-sensing regulator, so far the overall knowledge of Rex is still sparse,and the regulatory roles of Rex are not well understood. Our previous studies showed that rex had regulatory roles in avermectin production and morphology in Streptomyces avermitilis. So based on the former work, this project focuses on the regulatory function and regulatory mechanism of Rex in importantly industrial strain Streptomyces avermitilis. The investigation will help to understand the regulatory roles of Rex in hypoxia stress response,secondary metabolism, morphology and other physiological process in Streptomyces, and provide insights into the strategy for supply control of oxygen in fermentation process. The elucidation of the mechanism will also help to understand complex regulatory network of avermectin production and suggest the strategies for genetic engineering of antibiotic high-producing strains and oxygen-tolerating strains in Streptomyces.

溶氧是链霉菌抗生素发酵过程中的重要参数，关系到抗生素发酵的成败，因而阐明链霉菌响应氧化还原信号的机制具有重要的理论和现实意义。氧化还原调控因子Rex是目前链霉菌中唯一被鉴定参与氧还信号响应的调控因子，但对其研究尚不深入，生物学意义尚未得以充分阐明。申请人小组前期工作表明阿维链霉菌中阿维菌素生物合成和形态分化受到rex基因的调控,本研究在现有工作基础上，以重要工业微生物阿维链霉菌中Rex调控因子为主要研究内容，对其调控功能和调控方式做深入研究，将有助于揭示Rex调控因子在链霉菌低氧胁迫响应、次级代谢、形态分化和其它重要生理过程中的调控功能，为链霉菌抗生素发酵生产中溶氧控制提供指导；同时为揭示阿维菌素生物合成的复杂调控网络积累更多的实验数据，并为利用基因工程手段构建抗生素高产菌株和低氧耐受菌株提供理论依据。

溶氧是链霉菌发酵过程中的重要参数，关系到抗生素发酵的成败，探讨链霉菌响应氧化还原信号的机制具有重要的理论和现实意义。本研究采用遗传学、分子生物学和生物化学等手段深入研究了Rex在重要工业微生物阿维链霉菌中的调控功能及调控阿维菌素生物合成的机制。发现Rex负调控好氧代谢关键操纵子rex-hemAC1DB、cydA1B1CD、atpIBEFHAGDC和nuoA1-N1的表达。NADH可解除Rex与靶基因DNA的结合，而NAD+却不能，但NAD+可与NADH竞争Rex蛋白的NAD(H)结合位点，Rex通过感受NADH/NAD+比率了解体内的氧化还原状态，进而对体内有氧呼吸的效率做出调节。Rex通过负调控aveR的转录抑制阿维菌素的生物合成。rex基因缺失株对限氧条件更加耐受。Rex通过负调控wblE基因的表达调控阿维链霉菌的形态分化。在缺氧条件下，wblE的表达下调，促进气生菌丝的提早形成，帮助菌体快速产孢以应对不良生存环境。发现IdeR是一个全局性调控因子，对阿维链霉菌的铁代谢、次级代谢、形态分化和氧化胁迫起重要调节功能。OhrR在阿维菌素生物合成、有机过氧化物胁迫响应和初级代谢中起重要调控作用。本研究解析了Rex等调控因子在阿维链霉菌中的调控功能和调控机制，以及调控阿维菌素生物合成的机制，为阿维菌素高产耐低氧菌株的构建和发酵控制提供了理论依据。