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双组分调控系统(two-component system，TCS)是原核生物中最主要的信号转导系统，通常由组氨酸激酶(histidine kinase，HK)和效应调节蛋白(responseregulator, RR)两类在结构上相对保守的蛋白组成。这种保守性的存在提高了不同TCS系统之间发生交叉信号转导(cross-talk)的可能性。天蓝色链霉菌(Streptomyces coelicolor)和除虫链霉菌(Streptomyces avermitilis)均是重要的链霉菌模式菌株，已分别于2002年和2003年完成了全基因组测序。基因注释显示二者均编码大量的TCS，但是至今我们对如此众多的TCS如何协同调控链霉菌的分化、发育和代谢等生理过程知之甚少。因此，本研究希望通过生物信息学方法预测链霉菌模式菌株中不同TCS之间的cross-talk，进而通过生化实验、体内遗传学和转录谱分析等方法，了解不同TCS之间相互关系，从而加深对链霉菌信号转导网络的认识。
由于目前对S.coelicolor中TCS基本的生物信息学分析已经完成。为了便于分析和比较，我们首先采用与S.coelicolor中同样的参数对S.avermitilis中的HK与RR进行了鉴定和分类等各项生物信息学分析。在此基础上，对两种链霉菌模式菌株中TCS之间可能存在的cross-talk进行生物信息学预测，并运用PCR-targeting基因敲除以及表型芯片(Phenotype MicroArrays)等技术对S.coelicolor中可能性较大的cross-talk进行了实验验证。
考虑到如果能够仅从序列本身的信息出发来预测信号元件之间的关联将极大的方便微生物调控网络的绘制。为此，我们选择S.coelicolor中孤立RR作为研究对象进行了这方面的尝试。除了由HK和RR配对组成的典型TCS之外，还存在非成对的HK(unpaired HK)及孤立刚RR(orphanRR)。S.coelicolor基因组共编码13个孤立RR，现有资料显示，它们在分化发育及次生代谢过程中起着重要的调控作用。不过，由于缺少与之匹配的HK，因此，目前对孤立RR的活性调节方式知之甚少。序列分析显示，S.coelicolor的某些孤立RR与来源于典型双组分系统的RR有很高的氨基酸序列同源性。其中，孤立RRSCO3818与典型双组分系统SCO0203/0204中的RR SCO0204有最高的同源性(65％)，暗示着RRSCO3818和SCO0204的活性可能均受到HKSCO0203的调控。体外磷酸化实验证实，HKSCO0203不仅能磷酸化其匹配的RRSCO0204，也能够磷酸化SCO3818。进一步的遗传分析表明，sco0203与sco3818基因的缺失突变体具有相似的表型，与S.coelicolorM145相比，在两株突变体中放线紫红素(actinorhodin，Act)的合成均得到提升，十二烷基灵茵红素(undecyiprodigiosin，Red)的合成则受到抑制。上述结果显示出HK SCO0203与RRSCO3818有功能上的相关性，SCO3818可能位于HKSCO0203的下游，受其调控。这是第一次在S.coelicolor中发现孤立RR受到HK的调控，同时也是首次在链霉菌中报道不同TCS之间的cross-talk。
为了进一步分析HKSCO0203和孤立RRSCO3818功能的相关性以及它们共同参与S.coelicolor抗生素合成调控的机理，我们使用S.coelicolor基因组寡核苷酸芯片，以S.coelicolor M145为对照，对sco0203和sco3818基因缺失突变株的转录谱进行了全面的分析比较。结果显示，两株突变体中基因表达情况在不同时间点的变化均有着很高的相似性。突变体中Act生物合成基因簇的转录有明显地上调，Red生物合成基因簇的转录则有所下调，这与对应的抗生素合成产量的变化情况完全一致。进一步佐证了我们对SCO3818受到SCO0203的调控，两者共同参与S.coelicolor抗生素合成调控的预测。另外，从芯片结果中还发现有诸如某1型聚酮合成途径(sco6264-6289)等次级代谢相关基因的转录情况也受到了sco0203或sco3818基因缺失的影响。上述芯片结果通过半定量RT-PCR进行了验证。芯片结果还显示，sco0203和sco3818的缺失影响了包括双组分系统在内的众多调节基因的转录。所有这些信息进一步证实了SCO0203和SCO3818之间存在功能上的关联并协同参与抗生素合成的调控，同时为我们深入研究二者在S.coelicolor次级代谢分子调控中的作用提供有益的线索。