Carotenoid synthesis in Streptomyces setonii ISP5395 is induced by the gene crtS, whose product is similar to a sigma factor
- 作者
- F. Kato, T. Hino, A. Nakaji, M. Tanaka, Y. Koyama
- 杂志
- Applied Microbiology and Biotechnology（1995）
- DOI
- 10.1007/BF00293207
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
野生型Streptomyces setonii ISP5395不产生类胡萝卜素，但其基因组中存在潜在的类胡萝卜素生物合成基因，如何激活这些隐晦基因以恢复类胡萝卜素合成能力。
研究策略
通过原生质体再生获得产类胡萝卜素突变体，从中克隆到crtS基因，将crtS导入野生型菌株验证其功能，并通过序列分析和同源比对确定其编码产物为σ因子。
核心内容
野生型Streptomyces setonii ISP5395虽携带类胡萝卜素生物合成基因，但通常不表达该性状。为激活这一隐晦途径，研究者通过原生质体再生处理，以10⁻⁴至10⁻⁵的频率获得了产类胡萝卜素的突变体，并从中克隆出关键基因crtS。将crtS导入野生型菌株即可恢复类胡萝卜素合成能力。序列分析表明，crtS定位于1.75 kb的BamHI-PstI片段内，编码一个由259个氨基酸组成、分子量约29.12 kDa的蛋白。该蛋白与枯草芽孢杆菌的替代σ因子（如σ^B、σ^F）在启动子识别区域（2.4和4.2区）高度同源，与天蓝色链霉菌的σ^WhiG也有相似性。由此证实CrtS并非类胡萝卜素合成的结构酶，而是一种σ因子，其作用是激活基因组中原本沉默的类胡萝卜素生物合成基因。这一发现揭示了一条通过σ因子调控隐晦次级代谢途径的机制，为利用调控因子发掘链霉菌中沉默的天然产物合成潜力提供了新思路。
创新点
首次从S. setonii ISP5395中分离出能够激活隐晦类胡萝卜素合成基因的crtS基因，并证明其编码产物与枯草芽孢杆菌的替代σ因子同源，揭示了一个通过σ因子激活隐晦次级代谢途径的调控机制。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Streptomyces setonii ISP5395 | 类胡萝卜素生物合成 | crtS | CrtS | 调控 | 编码替代σ因子，激活隐晦的类胡萝卜素合成基因表达 |
关键发现
- 类胡萝卜素产生突变体在原生质体再生后以10⁻⁴至10⁻⁵频率获得
- crtS基因位于1.75 kb BamHI-PstI片段内，编码一个29.12 kDa、由259个氨基酸组成的蛋白
- CrtS蛋白与Bacillus subtilis的σ^B、σ^F等替代σ因子在启动子识别区域（2.4和4.2）高度相似，与S. coelicolor的σ^WhiG也有相似性。
研究结论
crtS不是类胡萝卜素生物合成的结构基因，而是编码一种σ因子，该σ因子对于激活S. setonii ISP5395中隐晦的类胡萝卜素生物合成基因的表达是必需的。