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链霉菌抗生素合成存在复杂的调控,细胞内不同种类的调控蛋白构成了完整的调控网络,通过激活或抑制不同基因的转录,开启或关闭不同的代谢途径,进而完成抗生素合成这样一个生理分化过程。本文分析了可可链霉菌多氧霉素生物合成调控网络,并对其途径特异性调控基因polR和polY作用的分子机制进行了深入的研究,为抗生素产生菌的产量提高及合成途径定向改造提供依据。
多氧霉素是可可链霉菌产生的核苷肽类抗生素,主要用于防治植物病原真菌感染。多氧霉素生物合成基因簇已被克隆,其中包括18个结构基因和两个调控基因polY和polR。polR和polY是途径特异性的正调控基因,polY转录在抗生素产生之前,直接激活polR的转录,而polR则通过激活18个结构基因的转录启动抗生素的合成。对polR启动子区DNA序列分析发现,其还受A因子受体蛋白调控;而翻译水平上polR和polY都受bldA调控。综上所述,我们推测了多氧霉素生物合成调控网络,polR作为最底层的调控基因激活结构基因转录,而其自身的转录和翻译又受到基因簇内(polg)和簇外(arpA和bldA)基因调控。
PolY和PolR都属于链霉菌中含有ATPase结构域的SARP类调控蛋白。这类蛋白在链霉菌中广泛存在,并参与了次级代谢产物合成调控。实验表明,PolY蛋白ATPase结构域具有ATP酶活性,有趣的是,它还可以通过结合ADP或者ATP,提高PolY对DNA的亲和力和诱导蛋白寡聚化。在可可链霉菌发酵过程中,细胞内ADP/ATP浓度会随着菌体生长时期的变化而变化,对不同时间点PolY靶基因polR转录量分析发现,ATPase结构域可能通过感受细胞内ADP/ATP浓度变化调整PolY的活性,进而影响靶基因转录。我们的工作首次揭示了ATPase结构域与SARP类调控蛋白功能的关系,并且说明ADP/ATP作为细胞内广泛存在的能量分子,也可以作为生理信号被调控蛋白直接感受。