近期，我校生物工程学院饶志明教授团队在粘质沙雷氏菌高效合成灵菌红素分子机制解析及新型转录因子功能分析方面取得重要进展，研究成果“PsrA is a novel regulator contributes to antibiotic synthesis, bacterial virulence, cell motility and extracellular polysaccharides production in Serratia marcescens”正式发表于Nucleic Acids Research (IF=16.971) (https://doi.org/10.1093/nar/gkab1186)。
灵菌红素是一种由粘质沙雷氏菌等微生物产生的次级代谢产物，具有抗细菌、抗疟疾、抗肿瘤和免疫抑制等重要活性，在医药开发等领域具有重要的应用价值。目前粘质沙雷氏菌高效合成灵菌红素调控机制的解析依然有限，这制约了高效合成灵菌红素细胞工厂的构建。同时，越来越多转录因子被发现在参与调控微生物细胞进程方面扮演重要作用。因此，挖掘解析新型转录因子介导粘质沙雷氏菌合成灵菌红素的分子机制有助于通过系统代谢工程构建高产灵菌红素细胞工厂，并为研究其他物种中相似蛋白的功能提供重要借鉴。
针对以上问题，饶志明教授团队首先组合转座子插入突变及基因敲除等遗传学实验，发现先前功能未知的LysR家族转录因子BVG90_12635为粘质沙雷氏菌灵菌红素合成新型正调控因子，本研究中，饶志明教授团队将该转录因子命名为PsrA (Prodigiosin Synthesis Regulator A)。在此基础上，组合RT-qPCR、融合报告基因的构建、凝胶阻滞实验EMSA等对PsrA参与介导粘质沙雷氏菌合成灵菌红素的分子机制进行解析发现，转录因子PsrA通过直接结合至灵菌红素合成基因簇pig基因簇启动子区域的RBS位点和ABS位点，正调控pig基因簇的表达水平，进而影响粘质沙雷氏菌合成灵菌红素。进一步通过ITC assay和凝胶阻滞实验EMSA等发现，灵菌红素合成前体物质L-脯氨酸作为转录因子PsrA的效应因子，介导PsrA调控靶基因的表达水平。最后，组合比较转录组学分析及生理学实验证实，转录因子PsrA是一种多功能转录因子，除参与介导粘质沙雷氏菌灵菌红素合成外，还参与调控粘质沙雷氏菌细胞能动性、胞外多糖的合成以及表面活性剂类物质serrawettin W1的生物合成等多种细胞进程。本研究为将来通过系统代谢工程构建高效合成灵菌红素细胞工厂以及研究其他物种中PsrA和PsrA-like蛋白的功能提供了重要借鉴。
图 粘质沙雷氏菌中转录因子PsrA参与介导粘质沙雷氏菌灵菌红素合成、细胞能动性和胞外多糖的生物合成等多种细胞进程
饶志明教授和杨套伟副教授为论文的通讯作者，我校2021级博士后潘学玮为第一作者。上述研究工作得到了国家自然科学基金(32100055, 21778024)、国家重点研发计划(2021YFC2100900)、江苏省自然科学基金(BK20210464)和中国博士后科学基金(2021M691280)等项目资助。
近年来饶志明教授团队以合成生物学和系统代谢工程科学理论为指导，在系统开展高效合成高值化合物机制解析、细胞工厂构建及其产业化方面取得丰硕成果，相关研究成果已发表在Science Advances (2020)、Nature Communications (2018)、Nucleic Acids Research (2022)、ACS Catalysis (2018)、Green Chemistry (2016, 2014)、Metabolic Engineering (2021, 2016, 2014)等本领域权威期刊。
