NsdASr通过双重调控机制抑制链霉菌中rimocidin生物合成的分子机制研究

本研究针对Streptomyces rimosus M527中NsdASr负向调控rimocidin生物合成的分子机制展开深入探索。通过整合转录组学和ChIP-seq技术，研究人员首次揭示NsdASr通过直接靶向脂肪酸降解途径基因（RS18275/RS18290）和RNA聚合酶β亚基基因（rpoB），双重抑制前体供应和全局蛋白表达，最终降低抗真菌药物rimocidin产量。该发现为优化次级代谢产物生产提供了新策略，发表于《Microbial Cell Factories》。

　　

在微生物制药领域，链霉菌因其强大的次级代谢能力被誉为"天然药厂"，能产生包括抗生素在内的多种生物活性物质。其中，四烯大环内酯类化合物rimocidin因其广谱抗真菌特性，在农业病害防治中展现出重要应用价值。然而，与rimocidin生物合成途径的逐步解析相比，其产量调控网络仍存在大量未知环节，这严重制约了工业化生产进程。

浙江大学的研究团队前期发现，调控因子NsdA_Sr在Streptomyces rimosus M527中显著抑制rimocidin合成，但其具体作用机制尚不明确。为破解这一科学难题，研究人员通过多组学联用技术，系统揭示了NsdA_Sr的双重调控机制。相关成果发表在《Microbial Cell Factories》期刊。

研究主要采用三项关键技术：1）比较转录组学分析野生型与NsdA_Sr过表达菌株的差异基因表达谱；2）染色质免疫共沉淀测序（ChIP-seq）结合电泳迁移率实验（EMSA）鉴定NsdA_Sr直接靶基因；3）β-葡萄糖醛酸苷酶（GUS）报告系统评估全局蛋白表达变化。

结果分析

转录组揭示代谢通路重编程

通过三时间点（12/24/36小时）转录组比较发现，NsdA_Sr过表达导致2,000余基因差异表达。关键下调通路包括：

• 核糖体生物合成基因（如rplP、rpsS等）表达降低2-3倍
• 氧化磷酸化途径基因（nuoL/nuoE等）下调1.5-2倍
• 脂肪酸降解相关基因（fabG/RS20365等）表达减少3-5倍

靶基因鉴定与验证

ChIP-seq鉴定出49个NsdA_Sr直接结合基因，其中三个关键靶点通过EMSA确认：

1. 脂肪酸降解基因RS18275/RS18290：结合导致丁酰-CoA和丙二酰-CoA水平下降40%
2. RNA聚合酶β亚基基因rpoB：抑制使全局蛋白表达量降低50%

代谢前体定量分析

NsdA_Sr过表达菌株中：

• NADH/NADPH水平下降28-81%
• 丁酰-CoA减少38-46%
• 丙二酰-CoA降低15-22%

结论与意义

该研究首次阐明NsdA_Sr通过"代谢前体限制"和"翻译效率抑制"双重机制调控rimocidin生物合成：一方面通过结合RS18275/RS18290抑制脂肪酸降解途径，减少丁酰-CoA/丙二酰-CoA供应；另一方面通过靶向rpoB降低RNA聚合酶活性，导致核糖体蛋白和代谢酶合成受阻。这一发现不仅完善了链霉菌次级代谢调控理论，更为通过基因编辑改造调控网络、提高抗生素产量提供了精准靶点。