鏈霉菌次生代謝和形態(tài)分化調控研究進展（精)

1、.wd.wdPAGE18 / NUMPAGES18.wd 2009年 11月 第 28卷 第 11期 綿陽師范學院學報 Journal of M ianyang Nor mal University Nov . 2009Vol . 28 No . 11 收稿日期 :2009204205作者簡介 :楊紅文 (1975- , 男 , 講師 , 博士 , 主要研究方向 :鏈霉菌分子生物學 , 動物功能基因組學及中草藥飼料添加劑 。鏈霉菌次生代謝和形態(tài)分化調控研究進展楊紅文 1, 2, 程彥偉 3, 張敬虎 1(1. 漳州師范學院生物系 , 福建漳州 363000; 2. 華中農業(yè)大學農業(yè)微生物國家重

2、點實驗室 , 湖北武漢 430070;3. 洛陽師范學院生命科學系 , 河南洛陽 471022摘 要 :鏈霉菌以其復雜的形態(tài)構造 、 發(fā)育分化周期 、 眾多的次級代謝產物及代謝調控網絡而在根基理論研究和應用研究方面?zhèn)涫荜P注 , 成為生命科學的研究熱點之一 。 文章在此對灰色鏈霉菌 、 天藍色鏈霉菌 、 阿維鏈霉菌 等幾種常見鏈霉菌的形態(tài)分化和次生代謝調控研究進展加以綜述 , 主要包括 A 因子級聯(lián) ld A 、 雙組分系統(tǒng) 、 sig ma 因子等調控級聯(lián) , 。關鍵詞 :鏈霉菌 ; 形態(tài)分化 ; 次生代謝 ; 雙組分系統(tǒng) ; ma 中圖分類號 :S8 文獻標識碼 :A 文章編號 :( 11鏈

3、霉菌以其產生眾多的次生代謝產 物而備受關注 , 包括大局部抗生素 (2/3 和酶抑制劑、 免疫調節(jié)劑等天然產物 , 常見的抗生素有 阿維鏈霉菌 (S trepto m yces . m (aver mectin 類農藥獸藥、 弗氏鏈霉菌 (S. fradiae 產生的泰樂菌素 (tyl osin 等 , , 將有利于通過基因工程手段研發(fā)抗生素高產菌株和開發(fā)新型高效安全 , 以及相應建設起來的生理模型和數學模型 , 鏈霉菌 次生代謝和形態(tài)分化調控網絡的研究也將獲得飛躍開展 , 對其它抗生素產生菌的調控機制研究也有重要參考意義。鏈霉菌還具有復雜的多細胞形態(tài)分化發(fā)育周期 。主要包括孢子萌發(fā)出芽管 、

4、 形成基內菌絲 、 產生白色氣生菌絲 、 氣生菌 絲末端分化為系列的單倍體孢子 。 形態(tài)分化和次生代謝發(fā)生在時間上有強相關性 , 在細胞內的各自基因的表達調控上更是 密不可分 , 這與鏈霉菌巨大的基因組和復雜的表達調控網絡有關 , 鏈霉菌的基因組大小多在數 Mb 以上 , 如 2001年完成測序 的天藍色鏈霉菌 A3(2 (S. coelicolor 基因組大小為 8, 667, 507bp, 2003年完成測序的阿維鏈霉菌 (S. aver m itilis 基因組大小為 9, 025, 608bp, 均大于所有的其它細菌基因組 , 而其基因數量 (約 7000以上 與真核生物的酵母 (60

5、00 和人類 (31000 相差不 大 , 這些都為鏈霉菌適應復雜多變的環(huán)境和其復雜的形態(tài)分化 、 次生代謝調控提供了充足的遺傳信息 , 全基因組序列的破譯 及后續(xù)的蛋白質組學研究也為深入研究鏈霉菌復雜調控網絡提供了可能性 。 本文對近年來鏈霉菌形態(tài)分化和次生代謝調控 方面的研究加以綜述 , 希望能對鏈霉菌次生代謝和形態(tài)分化的根基研究及研發(fā)新型高產抗生素藥物有所裨益 。1 抗生素合成的途徑專一性調控111 鏈霉菌抗生素合成基因簇鏈霉菌的抗生素合成基因大多以簇形式位于基因組上 , 而在抗生素合成基因簇兩側附近那么有該種抗生素合成的調控基因。 天藍色鏈霉菌 (S. coelicolor 的四種抗生

6、素合成調控基因都位于它們合成簇附近 :放線紫紅素 (actinorhodin 合成基因簇 (act 和其正調控基因 actII -ORF4; 十一烷基靈菌紅素 (undecyl p r odigi osin 合成基因簇 (red 和其正調控基因 redD ; 次甲基霉 素 (methylenomycin 合成基因簇 (mmy 和其負調控基因 mm yR ; 鈣依賴抗生素 (Ca2+-dependent antibi otic, CDA 合成基因簇 (cda 和其正調控基因 cdaR 。 灰色鏈霉菌 (S. griseus V 中鏈霉素 (Str 合成正調控基因 str R 也在其合成簇的附近

7、, 而阿維鏈霉 菌 (S. aver m itilis 中阿維菌素 (avr 的合成正調控基因 aveR 那么位于其合成簇的前端 。與抗生素合成的專一調控基因在合成簇附近不同 , 抗生素合成的全局性調控基因和形態(tài)分化相關的調控基因和抗生素 合成簇的位置關系那么沒有規(guī)律性 , 或遠或近 , 如 adp A, bldA 等等 。112 抗生素合成的途徑專一性調控通過基因敲除和位于高拷貝質粒上增強表達等手段確定了某些抗生素合成的專一性調控基因及其調控性質 , 這些專一 性調控基因往往是各種全局性調控因子調控具體抗生素合成的必經途徑 。11211 天藍色鏈霉菌抗生素合成的途徑專一性調控天藍色鏈霉菌 (

8、S. coelicolor 中放線紫紅素 (Act 的合成受其途徑專一性正調控基因 actII -OR F 4的作用 。 actII -OR F 4對 變鉛青鏈霉菌 (S. lividans 中的 Act 合成也有作用 , 將位于高拷貝質粒上的 actII -OR F 4導入變鉛青鏈霉菌 (S. lividans 可使后 者在液體培養(yǎng)中由不合成 Act 轉為可合成 1。 actII -ORF 4還可以介導其它調控因素對 Act 合成的專一性調控 。天藍色鏈霉 菌中 atr A 通過 actII -OR F 4調控 Act 合成 , 其破壞子的 actII -ORF 4轉錄量和 A ct 產量都

9、降低 , 而不影響 Red 和 CDA 的產量 。 B ld 因子中的 B ldC 作為 DNA 結合因子也通過維持 actII -ORF 4的轉錄參與 Act 的合成調控 , 其缺失體不能合成 Act, 但可以合 成 Red, 同時在完全培養(yǎng)基 (C M 上氣生菌絲形成嚴重推遲 2。 S -腺苷甲硫氨酸 (S AM 也通過促進 actII -ORF 4轉錄參與對 act 的合成調控 , 編碼 S AM 的 m etK 的多拷貝形式或其高表達或外加 S AM 可促進天藍色鏈霉菌中 actII -ORF 4的表達并增加 act 的產量 , 同時抑制了形態(tài)分化 。 S AM 也可刺激灰色鏈霉菌 (

10、S. griseus 高產鏈霉素 , 可能也是通過促進鏈霉素合成的專一性 正調控基因 str R 的轉錄進展的 3。 但在 S. lividans TK 23中 S AM 除了促進 actII -ORF 4轉錄刺激 Act 產量外 , 還抑制產孢和氣 生菌絲的形成 4。 另外在 S. lividans 中催化 ATP 和 ADP 相互轉化的 ppk 突變體促進 actII -ORF 4的轉錄并刺激 Act 產量 , 可 能與 Ppk 催化產生的 Pi 抑制 actII -ORF 4表達有關 , 同時 Ppk 突變體還以一樣的機制抑制促進 Red D 和 C DAR 的表達 , 進而分 別刺激

11、Red 和 CDA 的產量 5。與天藍色鏈霉菌中大多數抗生素調控基因為正調控不同 , 次甲基霉素 (mmy 調控基因 mm yR 為負調控基因 , 其敲除可引 起次甲基霉素的高產 。11212 其它鏈霉菌的途徑專一性調控在阿維鏈霉菌 (S. aver m itilis 中 , 阿維菌素 (avr 成 。 正調控的例子是 :aveR 的 Tn4560轉座突變株 , 阻斷了 avr 6, 其 插入突變缺失株的聚酮合成酶基因 ave A 3不再轉錄 , , 說明 aveR 為阿維鏈霉菌 中阿維菌素合成的途徑專一性正調控基因 7; , 構建 aveR 1/aveR 2和 aveR 2基因 失活株 ,

12、提高 avr 產量 3. 1-3. 4倍 (wall, (S . A patent ?？赡?aveR 本質上是作為雙組分系統(tǒng)調控 avr 合成的 , 在弗氏鏈霉菌 ( 中 , (osin 的合成受其正調控基因 tyl R 的作用 , 而 tylR 表達又由其上游正調控基因tylS 作用 , tyl osin tyl R 和 tylS 表達的增強 8。 而 tyl S 表達又受其上游的負調控基因 tylP 的抑制 , tylP 超量表達時 , tyl S , 同時伴隨 tyl osin 合成的阻斷 ; tylP 也負調控形態(tài)分化 , 其缺失體在固體培養(yǎng)時產孢提前 , 而 在液體培養(yǎng)時產生超長菌絲

13、體 , 構造分析說明其為 A 因子受體類的基因 , tylP 負調控自身的表達 , 可抑制從其啟動子開場的 報告基因的轉錄 9。在圈卷產色鏈霉菌 (S. ansochro m ogenes 中 , 尼克霉素 (nikkomycin 的合成調控受 sanU 、 sanV 、 sanG 等的正調控 , 將處于質粒上的 sanU 、 sanV 轉入野生型圈卷產色鏈霉菌使 sanU 、 sanV 轉錄量提高 20%, 同時提高尼克霉素產量 18%10; sanG 缺失體不再合成尼克霉素 , 同時產孢減少 , 而染色體上整合一拷貝 sanG 可使之恢復到野生型 , 多拷貝 sanG 的導入那么增加了尼克

14、霉素的 產量 11。 尼克霉素調控基因中還有特定種類尼克霉素的正調控基因 , 如 sanO 專一正調控 nikkomycin X 的合成 , 其缺失體不 再合成 nikkomycin X, 但 nikkomycin Z 的合成不受影響 , 同時 nikkomycin X 合成可為 sanO 的基因回補而恢復 12。 A 因子受體 類因子也參與尼克霉素的合成調控 , sabR 即是其中之一 , 其缺失體在葡萄糖和甘油碳源的液體培養(yǎng)中推遲了尼克霉素的合 成 , 在它們碳源的固體培養(yǎng)中卻提前了產孢 , 但對甘露醇碳源培養(yǎng)的尼克霉素合成和產孢那么沒有影響 , 說明 SabR 是一種碳源 依賴性的多效性

15、 A 因子受體類調控因子 13。帶小棒鏈霉菌 (S. clavuligerus 可以合成頭孢霉素 (Cepha myci C 和棒酸 (Clavulanic acid 兩種次生代謝產物 , lat 基因編碼 頭孢霉素 C 合成第一基因賴氨酸 -轉氨酶 , 其缺失體頭孢霉素 C 產量顯著降低 , 而另一次生代謝產物棒酸的產量那么提高11%到 29%14。在諾爾斯氏鏈霉菌 (S. noursei ATCC 11455中 , 制霉菌素 (nystatin 的合成調控基因簇有 7個啟動子 , 上游調控基因 nysR I 、 nysR II 、 nysR III 和 nysR I V 以級聯(lián)方式通過結合

16、這些啟動子間接調控制霉菌素的合成 , 它們的缺失體可以分別影響不同的啟動 子活性并互相補充 , 進而影響位于這些啟動子后的報告基因 xylE 的轉錄 15。2 與形態(tài)分化相關聯(lián)的全局性抗生素合成調控鏈霉菌的形態(tài)分化發(fā)育和次生代謝密切相關 , 和一般抗生素產生菌相似 , 鏈霉菌的次生代謝一般在生長的穩(wěn)定期或營養(yǎng) 耗盡的生長后期開場 , 與營養(yǎng)生長后的繁殖生長同步進展 。 由于鏈霉菌次生代謝和特定的形態(tài)分化發(fā)育階段密切相關 , 它們 的基因表達調控上必定有內在的聯(lián)系 。211 A 因子 -A r p -AdpA 系統(tǒng)和 B ld A 調控A 因子 (2-S -異辛酰 -3R -羥甲基 -丁酸內酯

17、-A r p -AdpA 類調控系統(tǒng)和 B ld A 調控系統(tǒng)在鏈霉菌中廣泛存在 , 一般的調控方式是 :隨著生長逐漸合成積累的或外加的 A 因子類特異結合其受體蛋白 (A r p 類 并使后者變構從 AdpA 類調控 基因的上游調控序列上脫離下來 , 解除對 AdpA 類的轉錄抑制作用 , 而 AdpA 類那么直接或間接調控各種次生代謝和形態(tài)分化 , 也參加局部根基代謝 。 B ldA 基因的產物 t RNALeu UUA 是鏈霉菌中編碼 Leu 稀有密碼子 UUA 的唯一 t RNA, 在翻譯水平上參 46 綿陽師范學院學報 (自然科學版 第 28卷與含 Leu (UUA 的基因的調控 ,

18、 包括次生代謝和形態(tài)分化的相關基因 , 如 A 因子級聯(lián)中 adp A 含有 Leu (TT A 密碼子 , 受其翻譯 調控 。 而參與根基代謝的基因中那么都沒有 Leu (TT A 密碼子 , 說明其專一調控次生代謝和形態(tài)分化 。其突變體導致氣生菌絲 的合成阻斷 , 菌落呈凸形 , 這也是其得名的由來 。212 雙組分系統(tǒng)的調控雙組分調控系統(tǒng)一般由激酶和磷酸化受體組成 , 激酶一般位于膜上 , 可承受外界信號而自我 Thr/Ser或 Tyl 磷酸化活化 , 活化后的激酶可以同樣的方式磷酸化活化受體 , 活化的受體作為轉錄調控因子參與調控次生代謝和形態(tài)分化 。最常見的雙組分調控系統(tǒng)是 AfsK

19、 -Afs R 系統(tǒng) , 主要正調控次生代謝 , AfsK 作為激酶位于細胞膜上 , 平常由其上游表達的 KbpA 結合催化域而沒有激酶活性 , 當承受外界刺激時 , KbpA 脫落 , AfsK 激酶活性被激活并對自我的 Thr/Ser磷酸化進一步活 化 , 活化的 AfsK 和其它相關激酶 PkaG 、 Afs L 等共同對 Afs R 的 Thr/Ser磷酸化而使其活化 , 活化的 Afs R 具有轉錄激活因子和 ATP 酶活性 , 可以結合 afsS 的啟動子序列促進其轉錄 , AfsS 那么可以和 RNA 聚合酶結合形成轉錄起始復合體并在 Afs R 的 ATP 酶活性作用下形成開放

20、的轉錄復合體 , 以尚不明了的方式促進 actII -ORF 4、 RedD 等途徑專一性調控基因的表達而參與抗生 素的合成調控 , kbp A 缺失體增加了 act 的產量 , 其超量表達那么使 act 產量減少 。 這些主要發(fā)生在天藍色鏈霉菌中 , 而在灰色鏈 霉菌中 , AfsK -Afs R 系統(tǒng)那么參與形態(tài)分化調控 16-19。 在波賽鏈霉菌 (S. peucetius 中也發(fā)現了 Afs R 的構造類似物 Afs R -, 當 其位于外源質粒上 Er m 啟動子下游并轉入 S. peucetius 、 S. lividans TK 24、 S. clavuligerus 、 S.

21、表達時 , 各自的道諾霉素 (doxorubucin 、 放線菌素 、 棒酸 、 鏈霉素分別提高了 40%、 26%、 15%和略有提高 , 研究說明 -也是通過促進 afsS 轉錄參與次生代謝調控的 20。Abs A1-Abs A2, abs A 位于鈣依賴抗生素合成簇 (C DA 中 , 對 CDA Red , 但其對 C DA 的負調控卻并不通過 CDA 合成的途徑專一性調控基因 cdaR 21。, 天藍色鏈霉菌和變鉛青鏈霉菌中的 PhoR -PhoP 雙組分 系統(tǒng)除了參與次生代謝調控外 , (phoA 的表達調控 。 PhoR 是標準的膜傳感器激酶 , 可以磷酸化 激活具有 DNA 而

22、磷酸化的 PhoP 那么激活 phoA 的轉錄和堿性磷酸酶的合成 , phoP 和 phoR -phoP 。 PhoR -PhoP 雙組分系統(tǒng)還負調控變鉛青鏈霉菌的次生代謝 , 其 phoP 和 phoR -phoP , act 和 Red 產量均顯著提高 , 而引入 PhoR -PhoP 后可使它們的產量恢復到野生型水 平 23。以上所述的雙組分系統(tǒng)都是次生代謝的全局性調控因子 , 而在天藍色鏈霉菌中 , 在 Red 合成簇較遠處發(fā)現了雙組分調控 系統(tǒng) Ecr A1/EcrA2, 它們分別編碼激酶和轉錄調控因子 , 專一參與 Red 合成的正調控 , 其雙交換缺失體 Red 產量低于野生型

23、, 而 act 產量不受影響 24。2. 3 其它鏈霉菌次生代謝全局性調控基因在天藍色鏈霉菌中 , 陶美鳳等發(fā)現的 nsdA 基因為天藍色鏈霉菌次生代謝中的一個全局性負調控基因 , 將其文庫質粒引入 天藍色鏈霉菌后 , 其產素產孢能力均延遲 , 菌落外表褶皺加深 , 而其缺失體放線紫紅素 、 鈣依賴抗生素及次甲基霉素產量均提 高 。 在變鉛青鏈霉菌和阿維鏈霉菌中都有其同源基因 , 變鉛青鏈霉菌中的同源基因缺失體可以合成原本不能合成的放線紫 紅素 , 而引入野生型 nsdA 后 , 其合成能力那么又喪失 25。3 形態(tài)分化調控鏈霉菌形態(tài)分化主要分兩個階段 , 第一階段是基內菌絲降解為氣生菌絲的形

24、成提供營養(yǎng) , 其缺陷株表現為不產氣生菌絲 的禿形菌落 , 參與其調控的有 bld 基因等 ; 形態(tài)分化第二階段是氣生菌絲分隔形成灰色的孢子鏈 , 其缺陷株一般為不能形成孢 子 、 只有白色氣生菌絲的白色菌落 , 參與其調控的有 w hi 基因等 。311 氣生菌絲的發(fā)育調控氣生菌絲中研究的較多的是一種外表活性劑類似物 SapB (s pore -ass ociated p r otein , 是一種 18氨基酸的寡肽 26, 可以使 氣生菌絲向空氣中擴張生長 , bld 缺陷的鏈霉菌不產氣生菌絲 , 也不產生任何的 SapB, 但參加純化的 SapB 卻可以恢復其氣生 菌絲形成 27。 Sa

25、pB 的合成與控制形態(tài)分化的 Ram 基因家族有關 , 在天藍色鏈霉菌中 , 當 RamR 的 D53磷酸化活化后 , 激活促 進單順反子 ramCSAB 的轉錄 , Ra mS 經剪接加工修飾后的產物 lantibi otic 構造上類似 SapB, 也說明了 SapB 產生的可能機 制 27-28, 其合成受 RamR 的正調控 , ram R 過表達時 , 顯著提高了 SapB 的產量 , 氣生菌絲生長更旺 , 菌落形態(tài)顯著褶皺 28。 SapB 相關實驗都在完全培養(yǎng)基上進展 , 而在葡萄糖或甘露糖的 根本培養(yǎng)基上都檢測不到 SapB 的產生 , 氣生菌絲卻正常形成 , 說明還有 Sap

26、B 非依賴性的氣生菌絲形成途徑 26。氣生菌絲內的糖元等貯存物也參與其生長和延伸 , 通過糖元等的分解和合成調整氣生菌絲內貯存物的濃度和膨脹壓 , 而 膨脹壓是氣生菌絲延伸的動力之一 。 脂肪的分解產物也參與膨脹壓形成 , 而葡萄糖碳源那么抑制脂肪的分解 , B ld A 也參與糖元 的合成 , 所以 bldA 突變株在葡萄糖碳源培養(yǎng)基上既不能合成糖元 , 也不能產生脂肪的分解產物 , 不能維持氣生菌絲生長所需 的膨脹壓 , 所以不形成氣生菌絲 。 而以甘露醇為碳源時 , 脂肪卻可以正常分解產生氣生菌絲延伸所需的膨脹壓 , 這也從一個 56 第 11期 楊紅文等 :鏈霉菌次生代謝和形態(tài)分化調控

27、研究進展方面闡述了 bldA 突變株不產氣生菌絲的一種可能的機制 (Chater, 未發(fā)表 。除了 B ld A 外 , 其它 B ld 因子也參與氣生菌絲的形成 , B ld D 通過促進 ram CSAB 單順反子轉錄 , 參與氣生菌絲形成 , 其中可 能包括 SapB 前體基因 ramS 的轉錄調控等 27。 B ld D 可以單體 、 二聚體 、 三聚體的形式存在 , 其中二聚體可以結合其自身啟動子調控自我轉錄 28。 B ld B 也參與形成氣生菌絲和次生代謝 , 并以 aa20-aa80保守氨基酸序列形成二聚體的活化形式 29。而 B ldC 那么作為一種小的 DNA 結合調控因子

28、參與形態(tài)分化和次生代謝 , 其缺失體在 根本培養(yǎng)基上不形成氣生菌絲 , 在完全培 養(yǎng)基上氣生菌絲形成那么嚴重推遲 。 另一種 B ld 因子 B ldG 那么以 ATP 為磷酸化供體以磷酸化活化形式參與形態(tài)分化和次生代 謝調控 30。嚴緊反響控制因子 sig maH 也參與氣生菌絲形成調控 , 在灰色鏈霉菌中 , 位于高拷貝質粒上的抗 sig ma 因子 rsh A 抑制 sigH 的轉錄所形成的缺失體不能形成氣生菌絲 31。在灰色鏈霉菌中 , Rar A 負調控形態(tài)分化 , 其缺失體在葡萄糖培養(yǎng)基上氣生菌絲和產孢均提前 , 另一個因子 Amf R 負調控 rar A 的轉錄 , am fR

29、缺失時 rar A 表達而不能形成氣生菌絲 , 但引入 5 端缺失的 rar A 片段抑制 Rar A 合成時 , 氣生菌絲形成卻可以恢復 32。 天藍色鏈霉菌中 , 編碼一個 sig ma 因子的 sigU 和位于其下游編碼其抗 sig ma 因子的 rsuA 參與形態(tài)分化和產素 , rsuA 轉座缺失體不形成氣生菌絲 , act 合成也推遲 , 而 sigU 過表達的野生型菌株那么遲滯了氣生菌絲的形成 , 同時 rsuA 和 sigU 的 雙缺失體卻可以正常形成氣生菌絲 , 說明 Sig U 可能負調控形態(tài)分化 , 后來證明其并非形態(tài)分化必需 , 僅在分化早期起抑制作 用 , 而 R su

30、 A 那么對抗 Sig U 的這種作用 33。 并非所有鏈霉菌中的同源基因作用都相似 , (S. ansochro m ogenes 中 的 Sa mR 參與基內菌絲向氣生菌絲的轉化 , 位于高拷貝質粒上的 samR 加速氣生菌絲形成 孢 , 但天藍色鏈霉菌中其同源基因缺失體卻可以形成氣生菌絲 , 。312 孢子形成的調控氣生菌絲形成是孢子形成的前提 , , 并使 DNA 也分段 , 再進一步 是孢子形成和孢子色素的合成 , 。 Ssg 類主要有 Ssg A 和 Ssg B (灰色鏈霉菌中 只有 Ssg A, A 都有 , 天藍色鏈霉菌 A (3 2中 , ssgA 突變體不產孢 35, 其構

31、造類似物 ssg B 缺失體的 氣生菌絲不能分隔產孢 , DNA 分段現象 , 菌落顯著增大 , 但同時 act 超產 36-37。 關于 ssg 類基因的表達調控相對復雜 , 首 先在灰色鏈霉菌中 , ssg A 的轉錄受 A 因子級聯(lián)中的 AdpA 的激活和 sig ma 因子 Ads A 的負調控 38, 而在天藍色鏈霉菌中 ssgA 的轉錄由位于其上游的 ssgR 的產物激活 , 當 ssgR 缺失時 , 無 ssgA 轉錄 , 也無產孢 , 但可被位于外源質粒 er m 啟動子下的 ssgA 表達所恢復 35。 ssg B 的轉錄和嚴緊反響控制因子 sig maH 有關 , 首先是

32、sig maH 缺失體只能形成低產孢子的淺灰色菌落 39, 也降低了 ssgB 的轉錄量 , 體外實驗也說明 , 結合 sig maH 的 RNA 聚合酶核心酶可識別 ssgB 的啟動子 40, 另一個例子是 ssgB 缺 失體可被位于外源質粒上 Sig maH 依賴的 ssg B -P 下游的 ssgB 恢復產孢 36。嚴緊反響控制因子 Sig maH 參與產孢的 ssgB 表 達調控 , 也說明了營養(yǎng)耗盡時嚴緊反響和鏈霉菌形態(tài)分化的內在關聯(lián) 。關于 sigm aH 自身的表達調控 , sig maH 缺失體中的sigH -P2啟動子無活性 , 說明 sig maH 轉錄存在自我激活調控 ,

33、 而抗 sig maH 的 R sh A 那么抑制了其轉錄 39。 白化基因 (whi 中的w hiI 、 w hiJ 、 w hi A 也參與 ssgB 的轉錄調控 , 它們的缺失消除了 ssgB 的轉錄 40。Sig ma 因子中不只是 sig maH 參與產孢調控 , 天藍色鏈霉菌中的 sig ma 因子級聯(lián) sig ma (B -sig ma (L -sig ma (M 也 參與形態(tài)分化調控 , 其中 sig ma (B 參與氣生菌絲形成 , sig ma (L 參與產孢 , sig ma (M 那么增加產孢 , 同時它們以上述順序進展自 我表達調控 41。 與嚴緊反響相關的 c AM

34、P 級聯(lián)也參與產孢調控 , 在天藍色鏈霉菌中 , SC O3571所編碼的 c AMP 受體蛋白 (CRP 缺失體生長遲滯 , 產孢提前 , 表型類似于 c AMP 合成酶 (cya 缺失體 , cya -c AMP -CRP 級聯(lián)缺失時也代表營養(yǎng)即將耗 盡的嚴緊反響狀態(tài) , 也是形態(tài)分化的外界環(huán)境狀態(tài) 42。在除蟲鏈霉菌中 , 參與氣生菌絲分隔的是 Crg A, 是一種 C 端有兩個跨膜區(qū)的小蛋白 。 但在天藍色鏈霉菌中其構造類似物 卻抑制形態(tài)分化 , 其同源基因缺失體的氣生菌絲形成和產孢均提前 , 再一次說明鏈霉菌中統(tǒng)一調控模式的局限性 43。 一般來說 , 產孢是氣生菌絲的 “ 專利 ,

35、 但有些特殊的突變體基內菌絲也可以產孢 , 在 ATP -結合框轉運基因 (ABC 的調 控系統(tǒng)的灰色鏈霉菌突變體 NP4在葡萄糖碳源培養(yǎng)基中的基內菌絲可產異位孢子 , 同時 , ABC 調控系統(tǒng)的一個基質結合蛋白 的過表達野生型菌株在葡萄糖應激下 , 幼嫩的基內菌絲也可分隔產孢 , 而且這些異位孢子都可以正常萌發(fā) , 說明基內菌絲也 有產孢的潛能 , 只不過在程序發(fā)育過程中 , 基內菌絲的產孢功能被抑制了 44。4 展望鏈霉菌以其能產生多種抗生素等次生代謝產物而被重視和深入研究 , 也因其次生代謝 、 形態(tài)分化和對環(huán)境因子應激相互 關聯(lián)的復雜的調控網絡而成為研究原核生物基因表達調控的科學工作

36、者的首選對象 。進一步的研究將在次生代謝 、 形態(tài)分 化和嚴緊反響各自領域展開 , 同時也將深入研究這三個方面的內在關聯(lián) , 為研發(fā)新型 、 高效和高產的抗生素工程菌株和闡述 鏈霉菌內在的基因表達調控網絡奠定堅實根基 。參考文獻 :1 B ruhei m P, Sletta H, B ibb MJ, et al . H igh -yield actinorhodin p r oducti on in fed -batch culture by a Strep t omyces lividans 66 綿陽師范學院學報 (自然科學版 第 28卷strain overexp ressing the

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44、57.13L iW , L iu G, sabR affects nikkomycin bi osynthesis and mor phogenesis in Strep t omyces ans ochr omogenesJ .B iotechnol L 25( :1491-1497.14左志晗 , 張陽 , , 等 . lat 基因的失活在提高棒狀鏈霉菌棒酸產量中的應用 J .天津科技大學學報 , 2007, 22(4 :15-19.15Sekur ova ON, B rautaset T, Sletta H, et al . I n vivo analysis of the regula

45、t ory genes in the nystatin bi osynthetic gene cluster ofStrep t omyces noursei AT CC 11455reveals their differential contr ol over antibi otic bi osynthesisJ .J. B acteriol , 2004, 186(5 :1345-1354.16Sa wai R, Suzuki A, Takano Y, et al . Phos phorylati on of Afs R by multi p le serine /threonine ki

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47、Pr otein serine /threonine kinases in signal transducti on f or secondary metabolis m and mor 2phogenesis in Strep t omycesJ .A ppl M icrobiol B iotechnol , 2002, 59(4-5 :419-425.19Umeya ma T, Horinouchi S . Aut ophos phorylati on of a bacterial serine /threonine kinase, AfsK, is inhibited by KbpA,

48、an AfsK -binding p r oteinJ .J B acteriol , 2001, 183(19 :5506-5512.20Parajuli N, V iet HT, Ishida K, et al . I dentificati on and characterizati on of the afs R homol ogue regulat ory gene fr om Strep t omy 2ces peucetius AT CC 27952J .Res M icrobiol , 2005, 156(5-6 :707-712.21Ryding NJ, Anders on

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50、ryM etabolites IsMediated by the PhoR-PhoP System:an Unfinished St oryJ .J B acteriol , 2004, 186(16 :5197-5201.23Sola -Landa A, Moura RS, Martin JF . The t w o -component PhoR -PhoP system contr ols both p ri m ary metabolis m and second 2ary metabolite bi osynthesis in Strep -t omyces lividansJ .P

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52、y J, Santa maria R, Guijarr o J, et al . Extracellular comp le mentati on of a devel opmental mutati on i m p licates a s mall s poru 2lati on p r otein in aerial myce -liu m f or mati on by S . coelicol orJ .Cell , 1991, 65:641-650.27Kodani S, Huds on M E, DurrantMC, et al . The SapB mor phogen is

53、a lantibi otic -like pep tide derived fr om the p r oduct of thedevel opmental gene ra mS in Strep t omyces coelicol orJ .Proc N atl A cad Sci USA , 2004, 101(31 :11448-11453.28Elli otMA, Locke T R, Galibois C M , et al . B ld D fr om Strep t omyces coelicol or is a non -essential gl obal regulat or

54、 that binds its 76 第 11期 楊紅文等 :鏈霉菌次生代謝和形態(tài)分化調控研究進展6 8 綿陽師范學院學報 (自然科學版 第 28 卷 own p romoter as a di er J . FEM S M icrobiol L ett, 2003, 225 ( 1 : 35 - 40. m 29 Eccleston M , A li RA , Seyler R , et al Structural and genetic analysis of the B ldB p rotein of Strep tomyces coelicolor J . J B ac2 . teri

55、ol, 2002, 184 ( 15 : 4270 - 4276. 30 B ignell DR , Lau LH , Colvin KR , et al The putative anti - anti - sigma factor B ldG is post - translationally modified by phos2 . phorylation in Strep tomyces coelicolor J . FEM S M icrobiol L ett, 2003, 225 (1 : 93 - 99. 31 Takano H , Hosono K, Beppu T, et al

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57、ium - inducing activi2 . ty in an amfR mutant of Strep tomyces griseus J . Gene, 2003, 306: 79 - 89. 33 Gehring AM , Yoo NJ, Losick R. RNA polymerase sigma factor that blocks morphological differentiation by Strep tomyces coeli2 color J . J B acteriol, 2001, 183 ( 20 : 5991 - 5996. 34 Tan H , Tian Y

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59、ivated by the IclR - type regulator Ss2 gR in a whi - independent manner in Strep tomyces coelicolor A3 ( 2 J . M ol M icrobiol, 2004, 53 ( 3 : 985 - 1000. 36 Sevcikova B , Kormanec J. The ssgB gene, encoding a member of the regulon of stress - response sigma factor sigmaH , is essen2 tial for aeria

60、l mycelium sep tation in Strep tomyces coelicolor A3 ( 2 J . A rch M icrobiol, 2003, 180 ( 5 : 380 - 384. 37 Keijser BJ, Noens EE, Kraal B , et al The Strep tomyces coelicolor ssgB gene is requiRed for early stages of sporulation J . . FEM S M icrobiol L ett, 2003, 225 (1 : 59 - 67. 38 Yamazaki H ,