转录组学方介导的多效调控蛋白 SprA 作用机制研究

　　

Applied Microbiology and Biotechnology (AMB)为国际工业微生物领域著名杂志。近期，浙江省微生物生化与代谢工程重点实验室研究人员在该期刊上发表了题为 “Transcriptome-guided identification of SprA as a pleiotropic regulator in Streptomyces chattanoogensis”的论文。该文以基因芯片为手段，揭示了恰塔努加链霉菌一个多效调控蛋白SprA 的作用机制。浙江大学生命科学学院的博士生周振兴和李永泉教授分别为本文的第一作者和通讯作者。

背景介绍

抗生素是链霉菌次级代谢过程的重要产物。γ-丁酮内酯(GBL)作为链霉菌中广泛存在的群体感应信号分子，影响菌体的形态分化及次级代谢过程。当细胞内浓度达到一定阈值，GBL 同过与其受体结合，使受体从基因启动子上脱落，从而 起始目标基因的转录。

早期的研究发现，恰塔努加链霉菌 L10 中，存在着 GBL 合成酶及受体调控系统。ScgA 及 ScgX 共同参与合成 GBL 信号分子，二者的缺失会导致菌体形态 分化的滞后及次级代谢产物产量的下降。蛋白组学研究表明，基因 scgA 突变菌株中，多个参与初级代谢过程（糖酵解、TCA 循环、脂肪酸合成代谢、氨基酸合成与代谢、蛋白质合成、磷酸戊糖途径、核酸代谢和能量代谢）的蛋白表达量显著下调。然而，GBL 合成酶 ScgA 参与初级代谢过程的分子机制仍不明朗。

结果分析

该课题研究人员利用安捷伦细菌定制芯片(相关服务由上海伯豪生物技术有限公司提供)，首先分析了 L10 和 ΔscgA 在转录组学上的差异。结果表明，GBL 合成酶 ScgA 的突变会造成菌体基因组转录水平上的大幅改变。在每个取样点， 受 ScgA 影响的基因均超过了 1000 个。受 ScgA 作用的基因包含糖酵解、TCA 循 环、脂肪酸合成等初级代谢过程，同时也包含多种调控因子及次级代谢过程。

芯片数据表明，一些基因在三个取样时间点均受到 ScgA 的影响。基因 sprA编码一个 GBL 受体同源蛋白。在 ΔscgA 中，基因 sprA 转录水平都明显下降，分别为 12.5 倍、12.5 倍、20 倍。EMSA 和 DNase I footprinting 实验表明，SprA 可以结合自身基因上游两个自调控元件，意味着 SprA 具有自我调控作用。同时，SprA 通过抑制基因 scgA 的转录参与调控丁酮内酯信号分子的产生。同 ΔscgA 一 样，ΔscgR 表现为固体培养基上形态分化滞后及液体培养基中抗生素产量下降。 因此，SprA 可能介导了恰塔努加链霉菌丁酮内酯分子的信号传递，是一个参与形态分化和次级代谢的多效调控蛋白。

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原文出处：Zhou, Z. X., Xu, Q. Q., Bu, Q. T., Liu, S. P., Yu, P., & Li, Y. Q. (2014).
Transcriptome-guided identification of SprA as a pleiotropic regulator in Streptomyces chattanoogensis. Applied Microbiology and Biotechnology, 1-12. DOI: 10.1007/s00253-014-6132-6