棒酸(clavulanic acid，CA)是由棒状链霉菌(Streptomyces clavuligerus)产生的β-内酰胺类抗生素。在临床上与阿莫西林联合使用，可以起到抑制β-内酰胺酶作用，从而提高阿莫西林抑菌效果。　　 在前期工作中，本实验室在棒状链霉菌NP1中对棒酸合成的两个竞争合成途径和精氨酸合成的负调控基因argR进行了操作，分别得到棒烷合成阻断突变株GHV，头霉素合成途径阻断突变株KUD及argR敲除突变株CZR。本研究运用原生质体融合技术对这些突变株进行重组，获得了融合双突变株GK、CK和融合三突变株CKG。产量分析表明，头霉素和棒烷合成阻断的双突变株GK的棒酸产量较NP1的提高了四倍，而三突变株CKG的棒酸产量相对于NP1没有提高。构建了以棒酸合成的正调控基因ccaR为靶基因的双报告质粒，在GK中筛选ccaR高表达的突变株以期获得棒酸产量进一步提高的突变株，但没有得到预期结果。结合棒状链霉菌不同菌株基因表达芯片分析结果，在棒状链霉菌NP1中过表达棒酸合成的副簇基因ceaS1，使棒酸产量较NP1提高了三倍。　　 在细菌中，ArgR是一个普遍存在的调控精氨酸代谢的调控蛋白，它不仅调控精氨酸的代谢，也调控其他相关代谢途径基因的表达。通过基因插入失活，破坏了棒状链霉菌NP1中argR，获得突变株CZR。表型观察表明argR的破坏造成NP1表型的巨大变化，主要表现为菌体生长变缓，产孢缺陷、及诱导一种黄色化合物的产生等。对黄色化合物分离纯化及质谱分析等鉴定黄色化合物为全霉素，并通过Southern杂交和基因互补实验证实了argR的敲除诱导了全霉素的产生。为了进一步探索NP1和argR敲除株CZR之间基因表达的差异、揭示生长和代谢表型的变化的原因，进行了比较转录组和蛋白质组研究。　　 基因表达谱分析结果表明，在CZR中，argR的破坏引起精氨酸合成途径基因表达上调，参与初级、次级代谢物合成途径的基因表达发生了复杂的变化。次级代谢途径基因的变化包括如下变化：全霉素合成的基因过表达，这与全霉素大量被诱导产生的表型相一致；棒酸合成途径基因表达变化较为复杂，部分基因表达稍有上调，无下调表达的基因；棒烷合成簇基因、棒酸与棒烷的拟簇基因表达大幅下调；头霉素合成簇基因表达上调。argR的破坏引起参与初级代谢的基因的表达水平发生变化。半胱氨酸、乙酰辅酶A合成途径基因表达提高；参与嘧啶代谢，糖酵解、磷酸戊糖途径及三羧酸循环的部分基因表达发生变化。由于全霉素的合成以半胱氨酸和乙酰辅酶A为前体，这两个初级代谢途径表达的提高，与全霉素高表达的表型一致。以上基因表达变化情况在蛋白质水平被进一步确认。论文还对初级代谢与次级代谢之间及各次级代谢途径间的复杂关系进行了分析，对进一步提高棒酸和全霉素产量具有指导作用。　　 为了进一步探索ArgR蛋白调控的传导途径，依据ArgR蛋白结合序列ARGbox的保守性和序列特征，设计程序，在基因组序列中进行搜索，并根据得分值的高低和限制筛选条件初步确定了可能受调控的靶基因。在体外表达ArgR蛋白，通过 EMSA实验验证ArgR对靶基因的调控，结果表明ArgR可以特异性结合SSCG_04105基因的启动子；此基因编码一个LacI家族的调控蛋白，可能参与嘌呤代谢的调控。对在CZR与NP1中差异表达的部分基因进行了 EMSA筛选，发现ArgR蛋白对精氨酸合成途径基因argF启动子区有结合，提示ArgR蛋白可以调控argF的表达。以上结果都是ArgR下游调控关系的首次发现，说明ArgR在链霉菌中可能是一个全局调控蛋白。