链霉菌具有强大的次级代谢能力，能够产生许多具有生物活性的次级代谢产物，如目前广泛应用的抗生素、抗肿瘤药物以及免疫抑制剂等。这些产物的生物合成受到多层次的严格调控，因此，开展链霉菌次级代谢调控的机制研究，对于揭示该菌复杂的代谢调控网络（基础研究）以及工业生产菌株的代谢工程及合成生物学改造（应用研究）都具有重要意义。越来越多的研究表明，在链霉菌中，两类关键信号传导系统，包括双组份系统(Two-component system，TCS)以及胞质外功能σ因子(Extracytoplasmic functionσ，ECF-σ)在抗生素生物合成过程中发挥着重要的调控功能。链霉菌模式菌株—天蓝色链霉菌的基因组上存在大量的双组份系统和ECF-σ编码基因，鉴定这些基因的功能并解析其作用机制将为工业链霉菌次级代谢调控网络的解析及其遗传改造奠定良好的理论基础。　　在前期研究工作中，本实验室在天蓝色链霉菌中鉴定了一对与抗生素合成密切相关的双组份系统AfsQ1/Q2。在以高浓度谷氨酸钠(75 mM)为唯一氮源的基本培养基上，AfsQ1/Q2被激活，从而促进抗生素ACT，RED以及CDA的生成。同时，AfsQ1/Q2还对基因组上与其反向分布的ECF-σ编码基因sigQ的转录行使正调控功能，而有趣的是sigQ反过来却对AfsQ1/Q2的功能发挥拮抗作用。另外，分布于afsQ1/Q2下游的脂蛋白编码基因afsQ3和膜蛋白编码基因afsQ4的缺失也显著影响抗生素的合成。鉴于这5个基因在基因组上的连锁排布，我们推测sigQ-afsQs编码的5种蛋白可能组成一个复杂的调控网络共同影响抗生素的合成。　　为了深入研究该基因簇在抗生素合成调控中的作用机制，我们首先构建了sigQ-afsQs基因簇中一系列单基因缺失突变体。通过表型鉴定（主要是ACT抗生素产量测定）结合转录分析以及交叉互补试验表明，在sigQ-afsQs基因簇中，afsQ4的转录依赖于σQ（由sigQ基因编码），在sigQ缺失突变体(ΔsigQ)中交叉互补入带有外源红霉素启动子的afsQ4基因能够恢复突变体表型，从而证实sigQ对AfsQ1/Q2的拮抗作用是由afsQ4所介导的。接着又构建了多基因缺失突变体，结果显示在afsQ1/Q2缺失突变体(ΔafsQ1/Q2)的基础上，再缺失基因簇中的其他基因均出现与△afsQ1/Q2完全一样的表型，证明在该基因簇中afsQ1/Q2对抗生素合成的调控发挥主导作用，而其他基因（afsQ3/afsQ4/sigQ）可能通过直接或间接影响了AfsQ1/Q2的功能，从而参与抗生素合成的调控。另外，通过Phos-tag方法初步证实afsQ3及afsQ4的缺失会不同程度地影响组氨酸激酶AfsQ2的磷酸化状态，由此推测脂蛋白AfsQ3和膜蛋白AfsQ4可能通过促进AfsQ2的磷酸化水平，从而影响AfsQ1/Q2介导的调控通路以及抗生素的生物合成。　　另外，我们通过基因芯片对sigQ缺失所引起的转录谱差异进行了全面分析。结果显示，与表型一致的是，在ΔsigQ突变体中ACT，RED与CDA生物合成基因簇的转录显著上调。sigQ的缺失还导致黄色色素yCPK以及孢子色素基因簇的转录上升，同时负责次级代谢产物合成的前体丙二酰辅酶A合成的乙酰辅酶A羧化酶(ACCase)基因accA2, accB和accE的转录在突变体中也有明显上调。这些结果表明，σQ不仅参与次级代谢产物生物合成的全局调控，而且还对初级代谢行使调控功能。在形态分化方面，sigQ的缺失显著影响了许多与孢子发育和气生菌丝生成相关基因的表达，包括chp、ram、whi、bld基因（簇）等，这些基因的综合作用可能是导致ΔsigQ形态分化异常的原因所在。对比sigQ与afsQ1/Q2缺失突变体的芯片数据（未发表）发现，σQ和AfsQ1对次级代谢和形态分化相关基因的转录影响呈现相反趋势，进一步证实了σQ对AfsQ1/Q2的拮抗功能。　　在完成上述工作的同时，我们还开展了除虫链霉菌中TetR家族类调控因子AmtRsav的功能研究。放线菌中主要存在两种氮代谢调控因子，分别是OmpR家族的GInR和TetR类的AmtR。AmtR介导的转录调控目前仅在棒杆菌属中被鉴定，在放线菌的其他菌株中均由GInR参与氮代谢的全局调控。然而有意思的是，在某些放线菌中，如除虫链霉菌中同时存在GInR和AmtR两种调控蛋白。本文的研究发现，在氮限制条件下，AmtRsav直接参与一个可能与尿素利用相关的基因簇SAV_6697-6700以及一个氨基酸转运子编码基因（SAV_6709）转录的负调控，而且这种调控作用可能在同时含有GInR和AmtR的放线菌中是相当保守的。另外，我们还精确定位了DNA结合位点。推测，在除虫链霉菌的氮代谢过程中，与GInRsav相比，AmtRsav可能仅发挥次要调控作用。