Sigma54因子对gamma-氨基丁酸代谢旁路基因簇表达调控分子机制研究

gamma-氨基丁酸代谢旁路是三羧酸代谢途径的支路，广泛存在于生物界，在氮源代谢过程中发挥重要作用。该代谢旁路上的基因在微生物基因组中是成簇存在的，对该基因簇在革兰氏阴性菌大肠杆菌和革兰氏阳性菌枯草芽胞杆菌中都进行了较为详细的研究。本研究组前期研究发现，该基因簇在苏云金芽胞杆菌中的组织和调控方式均与已报道的微生物不同，主要表现为该基因簇含有两个启动子，并受Sigma54类型转录起始因子的调控，证明该途径存在一种新型的分子调控方式（Zhu et al, J. Bacteriology, 2010, 192(1):346-355）。本课题拟在此基础上开展该基因簇表达调控的分子机制研究，并分析该基因簇在苏云金芽胞杆菌中的生物学功能，本研究将阐明Sigma54对其调控的分子机制，从而丰富微生物学科中有关代谢途径调控的基础理论，提升我国在此领域的基础研究水平。

gamma-氨基丁酸（GABA）代谢旁路是三羧酸代谢途径的支路，广泛存在于生物界，在氮源代谢过程中发挥重要作用。该代谢旁路上基因在微生物基因组中是成簇存在的，在革兰氏阴性细菌大肠杆菌和革兰氏阳性细菌枯草芽胞杆菌中对该基因簇进行了较为详细的研究。本研究组前期研究发现苏云金芽胞杆菌中的该基因簇的组织和调控方式与已报道的微生物均不同，该基因簇含有两个启动子并受Sigma54类型转录起始因子的调控，证明该途径存在一种新型的分子调控方式（Zhu et al, J. Bacteriology. 2010 192(1): 346-355）。在这些研究基础上本研究开展了GABA代谢旁路代谢产物GABA和SSA对该旁路基因簇两个操纵子gabT和gabRD启动子的转录活性影响研究、Sigma54和调控因子GabR对该代谢旁路的调控分子机制研究和Sigma54和GABA代谢旁路对苏云金芽胞杆菌芽胞和晶体形成的影响研究。发现了GABA和SSA对gabT启动子具有明显的诱导作用，并且Sigma54和GabR是这种诱导作用必须的，同时明确了GabR蛋白的PAS功能域负责感受细胞内的GABA和SSA信号。确定了GabR在gabT启动子区的结合位点。通过基因缺失明确了该代谢旁路基因gabT和gabD缺失影响了芽胞形成率，但对晶体的形成和产量没有明显影响。本研究首次明确了Sigma54因子的激活蛋白GabR的PAS功能域可能感受SSA和GABA，从而激活GABA代谢旁路基因簇的转录. 本项目的研究成果丰富了对Sigma54因子调控分子机制的认识，提升了我国在此领域的基础研究水平。