玫瑰孢鏈霉菌擬核結合蛋白Lsr2的功能研究.pdf

1、背景：Streptomyces roseosporus NRRL15998是禮來公司的研究人員從土耳其亞拉臘山的土壤中分離得到的一株產孢放線菌。因其能產生臨床重要抗生素達托霉素而受到廣泛重視。達托霉素是新型脂肽類抗生素中的一種，經FDA批準可用于治療復雜的皮膚和軟組織感染，以及由金黃色葡萄球菌感染導致的菌血癥和心內膜炎。然而由于S. roseosporus發(fā)酵獲得的達托霉素產量很低，因此改造玫瑰孢鏈霉菌以提高達托霉素的產量至關重要。

2、r>　　擬核結合蛋白最早在大腸桿菌中被發(fā)現。目前已經確定的鏈霉菌中的擬核結合蛋白主要包括HupA、HupS、sIHF、Crp、DpsA和DpsC，以及BldD等。這些擬核結合蛋白在鏈霉菌的發(fā)育分化和次級代謝產物合成方面發(fā)揮重要功能，例如hupA和hupS敲除突變株孢子中的擬核增大；sihf突變株存在產孢缺陷，十一烷基靈菌紅素（Red）和放線紫紅素（Act）產量提高；dps突變株孢子中的擬核發(fā)生不規(guī)則壓縮；crp突變株的放線紫紅素、十一烷

3、基靈菌紅素和鈣依賴抗生素（CDA）的產量顯著下降，未知結構的化合物產生；bldD突變株氣生菌絲形成受阻，孢子分化障礙，抗生素產量顯著下降。
　　分枝桿菌的擬核結合蛋白Lsr2，是H-NS樣DNA橋連蛋白，與H-NS相比序列和結構不相似，但其功能相同，可互補hns的突變。Lsr2通過結合并橋連DNA，實現調控基因轉錄，壓縮擬核等功能。通過生物信息學分析，在S.roseosporus NRRL15998中發(fā)現2個Lsr2蛋白，但其功能

4、未知。根據分枝桿菌Lsr2的現有研究，推測S.roseosporus NRRL15998的Lsr2參與發(fā)育分化和次級代謝產物的生物合成調控，研究其調控機制，可為改造玫瑰孢鏈霉菌提供重要理論依據，為提高已有抗生素產量和激活隱性抗生素生物合成基因簇打下基礎。
　　目的：本文旨在探究S.roseosporus NRRL15998中擬核結合蛋白Lsr2的功能，包括對S.roseosporus發(fā)育分化和次級代謝產物生物合成的影響，為解析Ls

5、r2在鏈霉菌中的作用機制和提高已有抗生素產量與激活沉默基因簇提供重要的依據。
　　方法：
　　1.生物信息學分析S.roseosporus NRRL15998的基因組序列，初步確定基因組中與編碼分枝桿菌擬核結合蛋白Lsr2對應的同源蛋白的基因lsr2和lsr22。
　　2.為探究S.roseosporus NRRL15998中Lsr2和Lsr22的功能，構建fosmid文庫。以文庫質粒出發(fā)構建敲除載體，進而構建lsr2

6、和lsr22基因敲除株Δlsr2、Δlsr22和Δlsr2/Δlsr22。以pSET152質粒出發(fā)，構建過表達載體，進而構建lsr2和lsr22的遺傳互補株（CM）和過表達株（OE）。
　　3.為探究Lsr2和Lsr22在發(fā)育分化方面的功能，在不同的培養(yǎng)基和不同鹽離子培養(yǎng)基的培養(yǎng)條件下，觀察野生型和各突變株的菌絲和孢子的發(fā)育。通過MIDI脂肪酸檢測系統(tǒng)測定敲除株的脂肪酸成分和含量，確定Lsr2對脂肪酸合成和代謝的影響。
　　

7、4.為研究Lsr2和Lsr22對次級代謝產物生物合成的影響，發(fā)酵突變株、互補和過表達菌株，進行藤黃微球菌、銅綠假單胞菌和表皮葡萄球菌的生物活性測定。再利用半定量RT-PCR檢測野生型和敲除株基因簇的表達，進一步通過轉錄組和生物信息學分析，探究轉錄水平變化。
　　5.為驗證Lsr2和Lsr22的DNA結合能力，異源表達蛋白，以基因簇上基因片段為探針，采用EMSA進行驗證。
　　結果：
　　1.確定并成功克隆了分枝桿菌Ls

8、r2對應于S.roseosporus的2個lsr2基因，分別為lsr2(SSGG_02869)和lsr22(SSGG_03199)。
　　2.成功構建了S.roseosporus NRRL15998 fosmid文庫，且文庫遺傳穩(wěn)定性和插入片段隨機性良好。
　　3.利用fosmid文庫構建了lsr2敲除載體pFOSlsr2ko，基于pKC1139構建了lsr22敲除載體pKC1139-lsr22，同時基于pSET152構建了

9、lsr2過表達載體pSET152Kan-lsr2和lsr22的過表達載體pSET152-lsr22。接合轉移幾個載體到野生型中成功獲得了lsr2和lsr22基因敲除株（Δlsr2和Δlsr22）、遺傳互補株（lsr2CM和lsr22CM）、過表達株（lsr2OE和lsr22OE）和雙敲除株（Δlsr2/Δlsr22）。
　　4.在幾種不同的培養(yǎng)基上培養(yǎng)野生型和單雙敲除株。Δlsr2在本研究中采用的多種培養(yǎng)基上培養(yǎng)時，菌絲呈紅色且生

10、長延遲，產孢受阻。在不加鈉鹽的AS-I培養(yǎng)基中加入0.25M的其他金屬離子后，敲除株的產孢能力有一定程度的恢復。Δlsr22不管是菌絲發(fā)育還是次級代謝方面，幾乎沒有發(fā)生表型變化。但兩個基因都敲除后，表型改變的程度大于lsr2單敲除。
　　5.MIDI脂肪酸檢測系統(tǒng)檢測了野生型和單雙敲除株菌體的脂肪酸成分及其含量，與野生型相比，敲除株的脂肪酸成分及其含量沒有顯著變化。
　　6.Δlsr2產生的抑制藤黃微球菌的生物活性物質減少，

11、但抑制銅綠假單胞菌和表皮葡萄球菌的生物活性物質增多。
　　7.半定量RT-PCR和轉錄組數據分析表明，在轉錄水平上，lsr2缺失株中52％的生物合成基因簇顯著上調。
　　8.體外EMSA實驗中，Lsr22不能結合DNA，但Lsr2能很好的結合基因簇FR900098、mureidomycin和collismycin中的SSGG_03174、SSGG_02995、SSGG_02995啟動子和SSGG_05697的DNA片段。

12、r>　　結論：
　　S.roseosporus NRRL15998基因組中存在兩個lsr2基因，分別是lsr2（SSGG_02869）和lsr22（SSGG_03199）。其中Lsr2對S.roseosporus NRRL15998的生長和次級代謝產物生物合成的激活具有重要的影響。lsr2缺失影響了菌絲的發(fā)育和孢子的產生，但不影響脂肪酸的合成和代謝。最重要的是Lsr2負調控多個活性化合物的生物合成基因簇的表達。Lsr22對S.ro