全局调控因子AfsR和AfsS在阿维链霉菌中的调控功能及其分子机制

Transcriptional regulators AfsR and AfsS are widely distributed among Streptomyces species. They are important global regulators of secondary metabolism and primary metabolism in Streptomyces coelicolor. In S. coelicolor, AfsR positively controls the biosynthesis of pigmented antibiotics actinorhodin (ACT) and undecylprodigiosin (RED) by activating expression of target gene afsS. However, the mechanisms of AfsR regulating antibiotic biosynthesis in other Streptomyces species remain unclear. The role of AfsR as a repressor of antibiotic biosynthesis has not been reported. To date, nothing is known about the mechanism of regulatory action of AfsS..Streptomyces avermitilis produces avermectins, which are commercially important anthelmintic antibiotics. Our previous work showed for the first time that AfsR and AfsS in S. avermitilis have a striking negative effect on avermectin biosynthesis. Based on the former work, this project will focus on the regulatory functions and mechanisms of AfsR and AfsS in S. avermitilis, clarify the regulatory relationship between AfsR and AfsS, reveal the detailed molecular mechanisms underlying AfsR and AfsS function in avermectin biosynthesis and other important physiological processes. The insights gained from this project will fill the research gaps of AfsR and AfsS, provide guidance for understanding the regulatory mechanism of AfsS in other Streptomyces species, help to elucidate the complex regulatory network of avermectin biosynthesis, and provide theoretical basis for effective strategies to rationally improve avermectin production.

AfsR和AfsS是链霉菌中普遍存在的转录因子，也是天蓝色链霉菌中重要的全局调控因子，可调控次级代谢和初级代谢相关基因的表达。在天蓝色链霉菌中AfsR通过激活afsS的转录正调控ACT和RED合成，但在其它链霉菌中AfsR调控抗生素合成的机制并不清楚，目前尚未有其负调控抗生素合成的报道，对AfsS的调控机制更是一无所知。.阿维链霉菌是具有重要商业价值的高效杀虫抗生素阿维菌素的产生菌，实验室前期工作首次发现该菌中的AfsR和AfsS均显著负调控阿维菌素的生物合成。在此基础上，本项目拟对阿维链霉菌中AfsR和AfsS的调控功能和作用机制进行深入研究，明确它们的调控关系，揭示它们调控阿维菌素合成以及其它重要生理过程的分子机制，填补AfsR和AfsS的研究空白，为其它链霉菌中AfsS调控机制的研究提供指导，为阐明阿维菌素合成的复杂调控网络奠定基础，为理性提高阿维菌素产量提供理论依据。

AfsR和AfsS是链霉菌中普遍存在的转录因子，可调控次级代谢相关基因的表达。在模式菌株天蓝色链霉菌中AfsR通过激活afsS的转录正调控放线紫红素（ACT）和十一烷基灵菌红素（RED）合成，但在其它链霉菌中AfsR调控抗生素合成的机制并不清楚，目前尚未有其负调控抗生素合成的报道。由于AfsS蛋白很小，没有DNA结合结构域，对它的转录调控机制更是一无所知。.阿维链霉菌是具有重要商业价值的高效杀虫抗生素阿维菌素的产生菌，本项目以该菌为研究对象，揭示了AfsR和AfsS的调控功能、作用机制以及二者之间的调控关系。研究结果表明：AfsR和AfsS均可负调控形态分化和阿维菌素的生物合成，并鉴定了AfsR调控这两个生物学过程的相关靶基因；在阿维链霉菌中afsS也是AfsR的靶基因，并受到AfsR的正调控。通过GST pull-down和MST实验证实，在阿维链霉菌和天蓝色链霉菌中AfsR和AfsS之间均存在相互作用，二者共同调控靶基因的表达。本研究首次发现AfsR和AfsS可负调控抗生素的合成，并首次揭示了AfsS通过与其它调控因子相互作用而调控靶基因表达的分子机制，具有很强的创新性。在此基础上，通过在工业菌株中缺失afsS和afsR基因，进一步提高了阿维菌素的发酵水平。此外，本项目还拓展了对阿维链霉菌中其它转录因子（如HspR, SoxR, BldD, Rok7B7等）调控功能的研究，揭示了它们调控阿维菌素生物合成的分子机制。.上述研究为揭示阿维菌素生物合成的复杂调控网络奠定了基础，为理性提高阿维菌素产量提供了理论依据，并由此构建了高产阿维菌素生产菌株，实现了基础研究与实际应用的有机结合。研究结果目前已发表SCI论文5篇，获得授权专利1项，还有1篇论文准备投稿。