双组分调控系统（Two-component regulatory system，TCS）是生物体感受外界刺激，调节多种生理代谢和细胞行为的基本控制系统，由组氨酸激酶和应答调节蛋白组成，以蛋白磷酸化方式进行信号转换和传递。TCS广泛存在于细菌中，调控着初级代谢、次级代谢（如抗生素合成等）、形态分化、渗透压以及致病性等生理过程，一直以来是大家关注的热点。链霉菌是最主要的抗生素产生菌， TCS与抗生素生物合成相关，但这方面的研究还很不完善。因此开展模式链霉菌TCS的研究对于解析代谢调控网络、指导工业链霉菌的遗传改造具有重要意义。　　本论文在对模式天蓝色链霉菌（Streptomyces coelicolor）A3(2)基因组生物信息学分析的基础上，选择可能与次生代谢相关的TCS进行研究。通过基因缺失突变体的构建和表型筛选，结合转录、表达及分子相互作用等分子生物学手段开展功能解析，以揭示其调控机制和规律。　　首先，应用PCR-targeting技术在天蓝色链霉菌M145中分别构建了10对双组分调控系统的缺失突变体，通过以谷氨酸钠为唯一氮源的基本培养基(MM)筛选得到两组对抗生素合成有影响的双组分调控系统，分别为AfsQ1-Q2及RarR-K。　　前期的研究表明，AfsQ1-Q2可以促进变铅青链霉菌(S.lividans)抗生素的合成，但在天蓝色链霉菌中该基因的缺失没有观察到任何表型变化（Ishiizuka，et al.1992）。然而，我们的研究发现，在以谷氨酸钠为唯一氮源的MM培养基中，afsQ1-Q2缺失突变株△afsQ中放线紫红素(Act)和十一烷基灵菌红素（Red）以及钙依赖抗生素(CDA)的合成大幅度下降，同时气生菌丝和孢子发育明显提前。afsQ1-Q2基因重新导入突变株后可回补表型，在野生菌M145中过表达afsQ1-Q2，抗生素的合成可得到促进，因此推测AfsQ1-Q2是天蓝色链霉菌抗生素合成的正调控因子。进一步的RT-PCR和egfp融合实验显示，位于afsQ1上游的RNA聚合酶σ因子编码基因sigQ的转录水平受到AfsQ1-Q2的正调节。但是在同样的培养条件下，sigQ基因的缺失引起了抗生素Act和Red的提前和过量产生，气生菌丝和孢子形成发生延迟，与△afsQ的表型截然相反。而afsQ1-Q2和sigQ同时缺失却具有与△afsQ同样的表型。并且，AfsQ1-Q2和SigQ对抗生素的调控作用是通过途径特异性调控因子介导的。因此，我们认为AfsQ1-Q2-SigQ可能是一个条件性的控制天蓝色链霉菌抗生素合成和生长发育的全局性调控系统，sigQ对AfsQ1-Q2的功能存在相互制约作用，从而协调控制抗生素的产生。在实验中还发现，afsQ2下游脂蛋白编码基因afsQ3和膜蛋白编码基因SC04904及SC04905也可能参与了AfsQ1-Q2-SigQ对天蓝色链霉菌抗生素合成的调控。　　为了进一步研究AfsQ1-Q2在天蓝色链霉菌抗生素生物合成与分化发育过程中的分子调控机制，我们使用基因芯片技术对突变株△afsQ和野生菌M145的基因转录水平进行了全面地分析比较。结果显示，afsQ1-Q2的缺失引起了氮代谢及其调控相关基因转录水平的变化（如参与氨转运的基因amtB，谷胺酰胺合成酶基因glnA和glnⅡ以及参与氮代谢调控的基因glnRⅡ、glnD和glnE等）。同时，还广泛地影响了次级代谢基因簇的转录，其中Act、CDA等合成基因簇转录水平的变化与其表型变化完全一致;另外某Ⅰ型聚酮类化合物(编码基因为SC06273-6288)、类胡萝卜素、coelichelin和geosmin等合成基因簇的转录水平也发生明显改变。一些与孢子发育和气生菌丝生成的相关基因尤其是具有稳定菌丝体在空气中适应状态的基因表达在突变体中明显被促进，一定程度上解释了我们所观察到的表型。可见，afsQ1-Q2的缺失引起的天蓝色链霉菌生理生化变化是由一个复杂的调控网络共同完成的。　　另一对出现明显表型的双组分调控系统被命名为RarR-K。在含有氮源的MM培养基上，RarR-K突变株的Act合成大量减少而Red合成大幅度提高，如将rarR-K基因重新导入突变体，可以完全回补表型变化。从而证实RarR-K在天蓝色链霉菌中对Act和Red的合成分别进行功能相反的正、负调节，这在链霉菌抗生素代谢调控中不多见。进一步的研究还在进行之中。