Arabidopsis Metabolism of Corynebacterium glutamicum and Its Regulation by AtlR
- 作者
- Tanja Laslo, Philipp von Zaluskowski, Christina Gabris, Elisabeth Lodd, Christian Rückert, Petra Dangel, Jörn Kalinowski, Marc Auchter, Gerd Seibold, Bernhard J. Eikmanns
- 单位
- Institute of Microbiology and Biotechnology, University of Ulm, Ulm, Germany; Institute for Genome Research and Systems Biology, Center of Biotechnology, Bielefeld University, Bielefeld, Germany; Institute of Biochemistry, University of Cologne, Cologne, Germany
- 杂志
- Journal of Bacteriology（2012）
- DOI
- 10.1128/JB.06064-11
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
解析谷氨酸棒状杆菌中转录调控因子AtlR（Cg0146）的调控网络及其在阿拉伯糖醇代谢中的功能角色
研究策略
通过DNA微阵列比较野生型与atlR缺陷株的转录组，结合生长表型分析、基因敲除突变体构建、酶活测定和RT-PCR，鉴定AtlR调控的操纵子及代谢功能
核心内容
本研究以谷氨酸棒状杆菌为对象，系统解析了转录调控因子AtlR（Cg0146）在阿拉伯糖醇代谢中的调控网络。通过DNA微阵列比较野生型与atlR缺陷株转录组，结合生长表型、基因敲除突变体及酶活测定，首次证明该菌能以D-阿拉伯糖醇为唯一碳源生长，并鉴定出atlR-xylB和rbtT-mtlD-sixA两个受AtlR负调控的操纵子。微阵列显示atlR突变体中rbtT、mtlD、xylB和sixA的mRNA分别上调26.35、23.43、11.88和10.70倍。野生型在0.8%阿拉伯糖醇上最大比生长速率为0.35 h⁻¹，终OD600约11.5；而atlR突变体虽消耗底物却不生长，推测与XylK过度表达（比活力约5 U/mg，野生型约1 U/mg）有关。敲除实验表明XylB、RbtT和MtlD为阿拉伯糖醇代谢必需，MtlD还参与甘露醇代谢，其Km分别为7.9 mM和6.4 mM；ΔxylB突变体积累木酮糖最高达9 mM。在混合碳源中，atlR突变体可同时利用葡萄糖和甘露醇，而野生型仅利用葡萄糖。这些结果揭示了AtlR通过感应阿拉伯糖醇或木酮糖解除阻遏、协调阿拉伯糖醇与甘露醇代谢的调控机制，为利用该菌生产多元醇提供了理论基础。
创新点
首次证明C. glutamicum能以D-阿拉伯糖醇为唯一碳源和能源生长，并鉴定AtlR为阿拉伯糖醇代谢的负调控因子；阐明atlR-xylB和rbtT-mtlD-sixA两个操纵子的结构与调控机制
研究对象（5）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Corynebacterium glutamicum | 阿拉伯糖醇代谢 | atlR (cg0146) | AtlR | 调控 | DeoR型转录调控因子，负调控atlR-xylB和rbtT-mtlD-sixA操纵子 |
| Corynebacterium glutamicum | 阿拉伯糖醇代谢 | xylB (cg0147) | XylB (木酮糖激酶) | 催化 | 参与阿拉伯糖醇代谢，突变后积累木酮糖 |
| Corynebacterium glutamicum | 阿拉伯糖醇转运 | rbtT (cg0144) | RbtT | 转运 | 推定的阿拉伯糖醇转运蛋白，MFS型，参与阿拉伯糖醇摄取 |
| Corynebacterium glutamicum | 阿拉伯糖醇/甘露醇代谢 | mtlD (cg0143) | MtlD (甘露醇2-脱氢酶) | 催化 | 兼具阿拉伯糖醇脱氢酶和甘露醇脱氢酶活性，是两者代谢所必需 |
| Corynebacterium glutamicum | 信号转导 | sixA (cg0142) | SixA (磷酸组氨酸磷酸酶) | 调控 | 功能不明显，可能参与双组分系统磷酸传递调控 |
关键发现
- 微阵列显示atlR突变体中rbtT mRNA上调26.35倍、mtlD
- 43倍、xylB
- 88倍、sixA
- 70倍；野生型在0.8%阿拉伯糖醇上最大比生长速率0.35 h^-1，最终OD600约11.5，生物量产率0.3 g CDW/g arabitol；atlR突变体在阿拉伯糖醇上不生长但消耗底物；在葡萄糖+甘露醇混合物中atlR突变体同时消耗两种底物并生长至OD600约11.7，而野生型仅消耗葡萄糖至OD600约4.5；在葡萄糖+阿拉伯糖醇中野生型同时消耗两底物至OD600约10.5，atlR突变体几乎不消耗葡萄糖且不生长；ΔxylB突变体在阿拉伯糖醇上不生长并积累木酮糖（最高9 mM）；ΔmtlD突变体在阿拉伯糖醇和甘露醇上均不生长；MtlD对阿拉伯糖醇和甘露醇的Km分别为7.9 mM和6.4 mM；AtlR缺陷株XylK比活力约5 U/mg蛋白，野生型约1 U/mg蛋白
研究结论
AtlR在无阿拉伯糖醇时阻遏atlR-xylB和rbtT-mtlD-sixA操纵子，在阿拉伯糖醇或木酮糖存在时解除阻遏，从而调控阿拉伯糖醇代谢；XylB、RbtT和MtlD是阿拉伯糖醇代谢所必需，MtlD还参与甘露醇代谢，SixA功能不明显；XylK的过度表达可能是atlR突变体在阿拉伯糖醇上生长受抑的原因