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天然產(chǎn)物農(nóng)藥因其廣譜、高效、低毒的特性在植物病蟲害綠色防控領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。米爾貝霉素是一種具有高效和廣譜殺蟲殺螨活性、且環(huán)境友好、人畜安全的綠色生物殺蟲劑。但是,由于對米爾貝霉素的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)認(rèn)知不足,缺乏構(gòu)建高效生產(chǎn)菌的有益靶點,導(dǎo)致米爾貝霉素發(fā)酵產(chǎn)率低,嚴(yán)重制約其產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和推廣應(yīng)用進(jìn)程。因此,鑒定影響米爾貝霉素產(chǎn)生的新穎轉(zhuǎn)錄調(diào)控子,揭示其影響產(chǎn)物產(chǎn)生的調(diào)控網(wǎng)絡(luò),挖掘高產(chǎn)有效靶點,對于構(gòu)建高效生產(chǎn)菌,加快具有自主知識產(chǎn)權(quán)的米爾貝霉素類農(nóng)藥的創(chuàng)制和產(chǎn)業(yè)化具有重要意義。

全局性調(diào)控子能夠通過廣泛擾動細(xì)胞代謝和生理過程而調(diào)控產(chǎn)物產(chǎn)量,因此從全局性調(diào)控子擾動的細(xì)胞變化信息中發(fā)掘高產(chǎn)靶點不失為一種有效方法。我們通過冰城鏈霉菌時序轉(zhuǎn)錄組分析,鑒定了一個之前未報道過的全局性調(diào)控子SbrH1-R。該調(diào)控子正調(diào)控冰城鏈霉菌發(fā)育分化和細(xì)胞生長,負(fù)調(diào)控米爾貝霉素生物合成。通過sbrH1-R突變株(高產(chǎn)菌)和野生型菌株(低產(chǎn)菌)比較轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)分析和遺傳驗證篩選到4條影響前體供給的代謝途徑和1個負(fù)責(zé)米爾貝霉素外排的轉(zhuǎn)運蛋白系統(tǒng),對其進(jìn)行操作可顯著提高米爾貝霉素產(chǎn)量。該研究不僅為構(gòu)建米爾貝霉素工業(yè)菌提供有效靶點,也證實了基于全局性調(diào)控子擾動的新靶點發(fā)掘方法具有可行性,同時為其他鏈霉菌天然產(chǎn)物農(nóng)藥的高產(chǎn)菌構(gòu)建提供通用的新靶點發(fā)現(xiàn)思路。

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所與東北農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士生葉嵐與張艷艷副研究員為論文共同第一作者,張艷艷副研究員與向文勝教授為文章通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金和農(nóng)科院創(chuàng)新工程項目支持。