天然產物農藥因其廣譜、高效、低毒的特性在植物病蟲害綠色防控領域發揮重要作用。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控網絡認知不足,缺乏構建高效生產菌的有益靶點,導致米爾貝霉素發酵產率低,嚴重制約其產業化生產和推廣應用進程。因此,鑒定影響米爾貝霉素產生的新穎轉錄調控子,揭示其影響產物產生的調控網絡,挖掘高產有效靶點,對于構建高效生產菌,加快具有自主知識產權的米爾貝霉素類農藥的創制和產業化具有重要意義。

全局性調控子能夠通過廣泛擾動細胞代謝和生理過程而調控產物產量,因此從全局性調控子擾動的細胞變化信息中發掘高產靶點不失為一種有效方法。我們通過冰城鏈霉菌時序轉錄組分析,鑒定了一個之前未報道過的全局性調控子SbrH1-R。該調控子正調控冰城鏈霉菌發育分化和細胞生長,負調控米爾貝霉素生物合成。通過sbrH1-R突變株(高產菌)和野生型菌株(低產菌)比較轉錄組數據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個負責米爾貝霉素外排的轉運蛋白系統,對其進行操作可顯著提高米爾貝霉素產量。該研究不僅為構建米爾貝霉素工業菌提供有效靶點,也證實了基于全局性調控子擾動的新靶點發掘方法具有可行性,同時為其他鏈霉菌天然產物農藥的高產菌構建提供通用的新靶點發現思路。

中國農業科學院植物保護研究所與東北農業大學聯合培養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基金和農科院創新工程項目支持。