基因调控对于生存在不断变化环境中的微生物至关重要。尼古丁是一种典型的含氮杂环污染物，在烟草废弃物中含量很高。尼古丁良好的亲水性使其能够通过土壤与水体在环境中传播，对人类的健康和环境带来危害。微生物降解是去除环境中尼古丁的有效方法。近年来，微生物降解尼古丁多条途径的分子机制已阐明，但其中吡啶吡咯变体途径的调控机制仍不清楚。近日，学院钟卫鸿教授课题组与浙江大学生命科学学院吕镇梅教授的一项合作研究发现了一个参与吡啶吡咯变体途径尼古丁代谢调控的双重调控蛋白：TetR家族调控蛋白NdpR。

课题组通过基因敲除，构建了TetR家族调控蛋白NdpR的缺失株，并考察了菌株利用底物生长与降解的差异、降解基因的转录水平变化和启动子活性变化，明确了NdpR对尼古丁降解的负调控作用，调控靶标为PndpA，PndpH与PndpT。此外，对NdpR缺失株进行基因回补后，通过菌株底物生长降解测定及启动子活性分析等实验结果表明NdpR对尼古丁降解还具有正调控作用，且调控靶标为PndpH。最后通过凝胶阻滞迁移电泳及DNase I足迹分析确定了NdpR在各个调控靶标上的结合位点。该研究阐明了尼古丁微生物降解吡啶吡咯变体途径中由NdpR介导的新型调控机制。该机制为代谢工程和合成生物学构建高效尼古丁代谢微生物菌株提供新的元件和策略。

Fig.1 EMSA using the PndpASAL, PndpHFEGD, and PndpTB fragments with purified NdpR and RT-qPCR analysis of nicotine-degrading genes in TYDΔndpR and wild-type TY.

Fig.2 DNA elements in the promoters of the ndp cluster

Fig.3 Regulation mechanism of NdpR on nicotine metabolism

相关成果近期以“Regulation mechanism of nicotine catabolism in Sphingomonas melonis TY by a dual role transcriptional regulator NdpR”为题，在微生物学领域重要期刊Applied and Environmental Microbiology正式发表。该研究工作主要由我院青年教师王海霞博士完成，研究内容得到了国家自然科学基金（31800089、31970104和41721001）的支持。

论文信息：Haixia Wang, Xiaoyu Wang, Qi Tang, Lvjing Wang, Chengyu Mei, Yunhai Shao, Ying Xu, Zhenmei Lu, Weihong Zhong. Regulation mechanism of nicotine catabolism in Sphingomonas melonis TY by a dual role transcriptional regulator NdpR. Applied and Environmental Microbiology, 2023. DOI:10.1128/aem.00324-23

Fig.4 论文信息

论文链接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/aem.00324-23