核糖体成熟因子RimP在天蓝色链霉菌放线紫红素生物合成中的作用机制

Ribosomes are the sites of protein synthesis and essential places for cell sensing nutrition level and growth speed. Generally the initiation of secondary metabolic biosynthesis starts during the transition from exponential stage to stationary stage of growth in which the change of ribosomes is significant. This proposal will study the function of ribosome maturation factor RimP involed in the secondary metabolites biosynthesis，particularly its molecular mechanism on actinorhodin production. By multi-biogical methods and detection technology, such as gene disruption, genetic complementary, transcriptional analysis, reporter system, polysome profiles to reveal the substantial action of RimP in the actinorhodin biosynthesis. The proposal is aimed to provide theoretical basis not only for elucidating the molecular relationship between RimP and antibiotics biosynthesis but also for constructing high-producing antibiotics strains.

核糖体是蛋白质合成的分子工厂，也是细胞感知营养水平并对生长速率进行调控的重要位点。在稳定生长期，与次级代谢产物生物合成相关基因的大量表达取决于核糖体的功能，因此核糖体状态的变化必将对次级代谢产物的生物合成产生重要的影响。本项目拟从核糖体成熟因子RimP出发来研究其在链霉菌次级代谢产物合成中的功能，重点揭示RimP在天蓝色链霉菌放线紫红素生物合成中的分子机制。通过基因破坏，遗传互补，转录分析，报告基因系统，核糖体代谢图谱等多种生物学方法和检测手段揭示RimP在放线紫红素生物合成中的作用机制。该研究旨在阐明RimP与抗生素生物合成之间的分子联系，为抗生素高产工程菌株的构建提供重要的理论依据。

天蓝色链霉菌已于2002年进行了全基因组序列测定，由于其遗传背景清晰而被认为是抗生素生物合成机制研究的模式材料。抗生素产生在菌体生长的稳定期，其量的高低主要取决于其生物合成关键酶的表达，而核糖体作为蛋白质合成的分子工厂必定在抗生素生物合成中发挥着重要作用。本项目以天蓝色链霉菌为研究材料，围绕核糖体成熟因子RimP在放线紫红素生物合成中的作用机制展开。研究内容主要包括以下三个方面：1，RimP 在天蓝色链霉菌核糖体成熟过程中的功能； 2，RimP在天蓝色链霉菌放线紫红素生物合成中的作用；3，RimP在放线紫红素生物合成中的作用机制。通过深入系统的研究，我们取得了如下研究结果：首先证实了天蓝色链霉菌rimP具有与大肠杆菌rimP相似的基本功能，即参与核糖体30S小亚基的组装；其次我们确定了天蓝色链霉菌rimP的破坏能够显著提高放线紫红素和钙依赖抗生素的产量，而不影响十一烷基灵菌红素的生物合成，除此之外，rimP还负控制委内瑞拉链霉菌中杰多霉素B的生物合成；随之，我们还证明了rimP是通过影响蛋白翻译速率和准确度来控制抗生素的生物合成，并且在蛋白水平上确定了S-腺苷甲硫氨酸合成酶MetK是RimP作用的其中一个靶点；最后，我们以尼可霉素和多氧霉素为例，确定了rimP突变株可以作为多种抗生素异源表达的理想宿主。通过本项目的研究，我们不仅阐明了核糖体成熟因子与抗生素生物合成之间的分子机制，同时也为高产工程菌株的构建和抗生素产量的提高提供了重要的理论依据。