通过串联删除吸水链霉菌5008的γ丁内脂受体基因...（一）

通过串联删除吸水链霉菌5008的γ丁内脂受体基因提高井冈霉素产量

摘要
γ丁内脂（γ-butyrolactone简称GBL）生物合成基因afsA和GBL受体基因arpA的两对同系物位于吸水链霉菌基因组的不同位置。井冈霉素是一种重要的抗菌抗生素，同时也是抗糖尿病药物合成的关键底物。抑制afsA能够使急剧降低井冈霉素的生物合成，删除arp同系物能够分别增加井冈霉素的产率26%（ΔshbR1）和20%（ΔshbR3）。shbR1/R3同时突变导致adpA-H(S. hygroscopicus ortholog of the global regulatory gene adpA)以及井冈霉素的转录水平升高，井冈霉素产量能提高55%。通过串联删除GBL受体基因设计高产量工业菌株，井冈霉素的产量从19g/L增加到24g/L （%26），产率从6.7gL-1 d-1增加到9.7 gL-1 d-1（45%），这是以前从未报道过的。该研究文章发表在《METABOLIC ENGINEERING》杂志，影响因子6.767。
该研究中RNA测序Analyzer IIx (Illumina)技术测序服务由上海伯豪生物提供完成。

研究背景
链霉菌属是抗生素以及农业、医疗应用中有生物活性的次级代谢物获取的丰富资源。通过调控放线菌属所在的环境以及生理条件能够减少转录抑制、增加转录活性从而提高目的次级代谢物的产量。GBL调控系统在放线菌次级代谢调控中非常重要，至少60%放线菌都会产生GBLs。其中A-factor作为一种GBL其调控机制已经为广泛研究。三个关键蛋白AfsA，ArpA和AdpA构成了A-factor级联调控系统。当A-factor达到一定水平会绑定到受体蛋白ArpA上，进而启动抗生素合成。井冈霉素是由吸水链霉菌5008产生的一种重要的农用抗生素，而且是抗糖尿病药物底物α-葡萄糖苷酶抑制剂（voglibos）重要合成来源。因此理解井冈霉素生物合成和发酵调控被广泛研究。但是设计调控井冈霉素生物合成的研究却比较缺乏。之前已有研究报道了吸水链霉菌5008的基因组，以及基因组上的三对同系物afsA-arpA以及adpA。也有研究阐明了adpA同系物的作用。但是afsA和arpA同系物的调控作用以及afsA在次级代谢中的作用还并不知道。

研究结果

1. 链霉菌属中多对同系物afsA及arpA共存

通过对19种链霉菌全基因组序列比对研究，发现有7中链霉菌都有多对afsA-arpA同系物存在（Fig 1）。说明在多种链霉菌中存在多个afsA-arpA同系物共存是普遍现象。在吸水链霉菌5008基因组上有三对afsA-arpA同系物，作者对发酵过程中的多个时间点监测了shbAs和shbRs的转录水平，发现相邻的shbAs和shbRs同系物对有相似的转录模式，然而在不同的shbAs-shbRs对之间转录模式却是不同的（Fig 2A）。AdpA在A-factor集成调控中起着中心作用，通过对adpA同系物研究，发现在12到84小时中其转录水平并无显著差异（Fig 2B）。