天然产物农药因其广谱、高效、低毒的特性在植物病虫害绿色防控领域发挥重要作用。米尔贝霉素是一种具有高效和广谱杀虫杀螨活性、且环境友好、人畜安全的绿色生物杀虫剂。但是,由于对米尔贝霉素的调控网络认知不足,缺乏构建高效生产菌的有益靶点,导致米尔贝霉素发酵产率低,严重制约其产业化生产和推广应用进程。因此,鉴定影响米尔贝霉素产生的新颖转录调控子,揭示其影响产物产生的调控网络,挖掘高产有效靶点,对于构建高效生产菌,加快具有自主知识产权的米尔贝霉素类农药的创制和产业化具有重要意义。

全局性调控子能够通过广泛扰动细胞代谢和生理过程而调控产物产量,因此从全局性调控子扰动的细胞变化信息中发掘高产靶点不失为一种有效方法。我们通过冰城链霉菌时序转录组分析,鉴定了一个之前未报道过的全局性调控子SbrH1-R。该调控子正调控冰城链霉菌发育分化和细胞生长,负调控米尔贝霉素生物合成。通过sbrH1-R突变株(高产菌)和野生型菌株(低产菌)比较转录组数据分析和遗传验证筛选到4条影响前体供给的代谢途径和1个负责米尔贝霉素外排的转运蛋白系统,对其进行操作可显著提高米尔贝霉素产量。该研究不仅为构建米尔贝霉素工业菌提供有效靶点,也证实了基于全局性调控子扰动的新靶点发掘方法具有可行性,同时为其他链霉菌天然产物农药的高产菌构建提供通用的新靶点发现思路。

中国农业科学院植物保护研究所与东北农业大学联合培养博士生叶岚与张艳艳副研究员为论文共同第一作者,张艳艳副研究员与向文胜教授为文章通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金和农科院创新工程项目支持。