链霉菌中维生素B6生物合成的关键调控基因SCO1417（pdxR）的发现及其分子机制研究

本研究揭示了链霉菌模型菌株S. coelicolor M145中SCO1417（pdxR）基因通过调控PLP（维生素B6活性形式）合成酶基因pdxST的表达，首次阐明了该菌株维生素B6生物合成的遗传调控网络。研究人员通过基因敲除、启动子分析和电泳迁移率实验证实PdxR作为双功能转录因子，既能自我抑制又能激活pdxST表达，且PLP是其特异性效应分子。该发现填补了链霉菌初级代谢研究空白，为优化次级代谢产物生产提供了新靶点。

　　

在微生物王国中，链霉菌以其复杂的代谢网络著称，不仅能合成抗生素等次级代谢产物，还拥有精妙的初级代谢调控系统。然而，作为200多种酶反应必需辅因子的维生素B₆（特别是其活性形式PLP），其生物合成调控机制在链霉菌中却长期是个谜团。这项由瑞典隆德大学、德国图宾根大学等机构合作的研究，首次在模式菌株天蓝色链霉菌M145中解析了PLP合成的核心调控开关——SCO1417（pdxR）基因的分子作用机制。

研究人员采用多学科技术手段展开攻关：通过λ-RED重组技术构建基因敲除株，利用β-葡萄糖醛酸酶（gusA）报告系统分析启动子活性，结合电泳迁移率实验（EMSA）鉴定转录因子DNA结合特性，并纯化重组PdxR蛋白进行配体特异性测试。特别值得注意的是，实验采用不同形式维生素B₆（PLP/PL/PN/PM）处理，系统评估了代谢物对调控网络的反馈作用。

研究结果
Regulatory and structural genes involved in PLP biosynthesis
通过生物信息学分析发现，SCO1417编码的PdxR属于MocR亚型转录因子，具有特征性的N端螺旋-转角-螺旋（HTH）DNA结合域和C端天冬氨酸转氨酶样结构域（AAT）。与多数细菌不同，其调控的PLP合成酶基因pdxST（SCO1522-1523）位于基因组另一区域，暗示远距离调控机制。

Inactivation of SCO1417 leads to vitamin B6 auxotrophy
基因敲除实验证实△pdxR突变株在基本培养基中完全丧失生长能力，必须外源添加维生素B₆（包括PLP、PL、PN或PM）。回补实验显示，引入完整pdxR基因可恢复菌株自主合成能力，而RT-PCR证实突变株中pdxST转录完全沉默。

Properties of Sco1417: ligand preferences
纯化的重组PdxR（rPdxR）能特异性结合pdxR和pdxST启动子区域。体外实验显示仅PLP可阻断这种结合，而启动子探针实验发现PL和PLP均能抑制pdxST表达，提示细胞内PL可能被磷酸化为活性PLP。

Mapping of the PdxR binding site
通过保守序列比对和突变分析，在pdxR启动子鉴定出关键重复序列R1b（GTGGCT）和R2a（GTGGAC），其突变使rPdxR完全丧失DNA结合能力。pdxST启动子中则发现4bp重复序列（ST2）对调控至关重要。

这项研究首次绘制出链霉菌维生素B₆合成的精确调控图谱：PdxR通过双重调控机制——抑制自身转录同时激活pdxST表达，动态维持PLP稳态。该发现不仅完善了对链霉菌必需代谢的认识，其揭示的"分散式调控基因-靶基因"组织形式，为理解放线菌复杂基因组调控提供了新视角。由于PLP依赖型酶广泛参与抗生素合成，该研究为通过代谢工程优化菌种性能奠定了理论基础。论文中建立的pdxR/pdxST分子探针系统，将成为研究维生素B₆代谢网络的通用工具。