链霉菌自动调控因子的研究进展

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1、链霉菌自动调控因子的研究进展【摘要】γ-丁酸内酯自动调控因子是一种由链霉菌产生的被称为微生物“激素”的小分子化合物，它控制着链霉菌次级代谢物的产生或形态分化。根据该类自动调控因子C-2位细微的结构差别分为三种类型，分别为A因子型、VB型和IM-2型。本文详细介绍了每种类型中具有代表性的自动调控因子、受体及其对链霉菌次级代谢与形态分化的调控作用，并系统地阐述了其调控网络。【关键词】链霉菌；自动调控因子；受体；调控网络ABSTRACTγ-ButyrolactoneautoregulatorproducedinStreptomycesisaloolecular-etabolismandmor

2、phologicaldifferentiationinStreptomyces.BasedonminorstructuraldifferenceintheC-2sidechain,theseautoregulatorschemicallyidentifiedtodatecanbeclassifiedintothreetypes:theA-factortype,thevirginiaebutanolide(VB)typeandtheIM-2type.InthisrevieetabolismandmorphologicaldifferentiationinStreptomyces.Ther

3、egulatoryatically.KEY-2型，含6-β羟基，以浅紫灰链霉菌(S.lavendu-lae)IM-2和天蓝色链霉菌(S.coelicolor)中SCBs(SCB1～3)为代表，化学结构见图1。现分别叙述上述三种类型中具有代表性的γ-丁酸内酯及其对次级代谢与形态分化的调控作用。表1链霉菌中γ-丁酸内酯自动调控因子的类型、组成与来源菌株1A因子型1967年，Khokhlov等［3］发现一种能使“光秃”的灰色链霉菌突变株恢复气生菌丝形成能力的小分子，这种小分子就是A因子。之后，Hara等［4］发现A因子对链霉素的生物合成也是必需的。A因子浓度低至10-9mol/L即可恢复其缺

4、陷型突变株的链霉素产生和孢子形成能力。AfsA是A因子生物合成的关键酶，A因子由一种甘油衍生物和一种β-酮酸衍生物缩合而成［5］，最近研究发现其生物合成的具体过程如下［6］：在AfsA作用下，将8-甲基-3-壬酮酰-ACP的酮酰基转移到磷酸二羟丙酮(dihydroxyacetonephosphate，DHAP)产生了8-甲基-3壬酮酰-DHAP酯，随后依次通过分子间的羟醛缩合、位于afsA下游的基因编码产物BprA的还原作用和磷酸酶的去磷酸化作用，最终合成了A因子。A因子受体ArpA以二聚体形式和A因子结合，其氨基端有一个螺旋-转角-螺旋(helix-turn-helix，HTH)结构

5、域，该结构域可能是DNA的结合位点［7］。Onaka等［8］发现，当ArpA的Pro115被Ser替代时就失去了结合DNA的能力，但仍具有结合配体A因子的能力，表明ArpA有两个独立的功能区域，一个位于羧基端与A因子结合，另一个位于氨基端与DNA结合的HTH结构域。此外，定点突变试验发现ArpA的Val41和Trp119分别是DNA结合和A因子结合所必需的［9］。A因子突变株相对于野生株提前产生链霉素，且产量提高了10倍，而将arpA基因高拷贝转入其中，结果该突变株完全丧失了链霉素产生和形态分化能力，这说明ArpA对链霉素产生和形态分化起着阻遏作用。Ohnishi等［10］分离纯化Ad

6、pA(A-factor-dependent-protein)，其激活参与形态分化与次级代谢的多种基因。只有当A因子存在时，adpA才能转录，而且adpA的启动子区域为ArpA的结合位点，这是迄今发现的ArpA唯一的靶基因［11］。通过凝胶移位以及PCR处理得到可与AdpA特异性结合的多个DNA片段［12］，已其中的几个片段进行了功能研究［13～15］(图2)。综合上述研究，A因子参与形态分化及次级代谢的调控网络如下(图2)：在菌体生长初期，A因子浓度很低，ArpA结合adpA启动子区域抑制其转录；随着菌体的生长，A因子不断积累，当浓度达到阈值时，A因子结合ArpA并从adpA启动子解离

7、下来，诱发AdpA的转录；AdpA控制着一系列参与形态分化和次级代谢基因的转录，形成一个AdpA控制的调控网络。图2A因子对形态分化和次级代谢的调控网络［13］2VB型Yanagimoto等研究发现弗吉尼亚链霉菌中存在一种因子能诱导产生维吉霉素M1和S两种抗生素(virginiamycinM1andS，VM1和VS)［16］。直到1987年，Yamada等［17］才从该菌中分离出三种结构上非常相似并能诱导菌体产生维吉霉素的小分子化合物，分别命名