通過串聯刪除吸水鏈霉菌5008的γ丁內脂受體基因提高井岡霉素產量
摘要
γ丁內脂（γ-butyrolactone簡稱GBL）生物合成基因afsA和GBL受體基因arpA的兩對同系物位于吸水鏈霉菌基因組的不同位置。井岡霉素是一種重要的抗菌抗生素，同時也是抗糖尿病藥物合成的關鍵底物。抑制afsA能夠使急劇降低井岡霉素的生物合成，刪除arp同系物能夠分別增加井岡霉素的產率26%（ΔshbR1）和20%（ΔshbR3）。shbR1/R3同時突變導致adpA-H(S.
hygroscopicus ortholog of the global regulatory gene
adpA)以及井岡霉素的轉錄水平升高，井岡霉素產量能提高55%。通過串聯刪除GBL受體基因設計高產量工業菌株，井岡霉素的產量從19g/L增加到24g/L
（%26），產率從6.7gL-1 d-1增加到9.7 gL-1 d-1（45%），這是以前從未報道過的。該研究文章發表在《METABOLIC
ENGINEERING》雜志，影響因子6.767。
該研究中RNA測序Analyzer IIx (Illumina)技術測序服務由上海伯豪生物提供完成。
研究背景
鏈霉菌屬是抗生素以及農業、醫療應用中有生物活性的次級代謝物獲取的豐富資源。通過調控放線菌屬所在的環境以及生理條件能夠減少轉錄抑制、增加轉錄活性從而提高目的次級代謝物的產量。GBL調控系統在放線菌次級代謝調控中非常重要，至少60%放線菌都會產生GBLs。其中A-factor作為一種GBL其調控機制已經為廣泛研究。三個關鍵蛋白AfsA，ArpA和AdpA構成了A-factor級聯調控系統。當A-factor達到一定水平會綁定到受體蛋白ArpA上，進而啟動抗生素合成。井岡霉素是由吸水鏈霉菌5008產生的一種重要的農用抗生素，而且是抗糖尿病藥物底物α-葡萄糖苷酶抑制劑（voglibos）重要合成來源。因此理解井岡霉素生物合成和發酵調控被廣泛研究。但是設計調控井岡霉素生物合成的研究卻比較缺乏。之前已有研究報道了吸水鏈霉菌5008的基因組，以及基因組上的三對同系物afsA-arpA以及adpA。也有研究闡明了adpA同系物的作用。但是afsA和arpA同系物的調控作用以及afsA在次級代謝中的作用還并不知道。
研究結果
1. 鏈霉菌屬中多對同系物afsA及arpA共存
通過對19種鏈霉菌全基因組序列比對研究，發現有7中鏈霉菌都有多對afsA-arpA同系物存在（Fig
1）。說明在多種鏈霉菌中存在多個afsA-arpA同系物共存是普遍現象。在吸水鏈霉菌5008基因組上有三對afsA-arpA同系物，作者對發酵過程中的多個時間點監測了shbAs和shbRs的轉錄水平，發現相鄰的shbAs和shbRs同系物對有相似的轉錄模式，然而在不同的shbAs-shbRs對之間轉錄模式卻是不同的（Fig
2A）。AdpA在A-factor集成調控中起著中心作用，通過對adpA同系物研究，發現在12到84小時中其轉錄水平并無顯著差異（Fig
2B）。
