Titer improvement of milbemycins via coordinating metabolic competition and transcriptional co‐activation controlled by Streptomyces antibiotic regulatory protein family regulator in Streptomyces bingchenggensis

聚酮合酶 基因簇 生物 基因 调节基因 调节器 链霉菌 聚酮 酰基载体蛋白 遗传学 链霉菌科 微生物学 基因表达调控 放线菌 细菌 生物合成
作者
Haiyan Wang,Yuqing Liu,Xu Cheng,Yanyan Zhang,Shanshan Li,Xiangjing Wang,Wensheng Xiang
出处
期刊:Biotechnology and Bioengineering [Wiley]
卷期号:119 (5): 1252-1263 被引量:10
标识
DOI:10.1002/bit.28044
摘要

Streptomyces bingchenggensis is a promising producer of milbemycins (MILs), the macrolide pesticide used widely in agriculture. The relationship between different biosynthetic gene clusters (BGCs) and the MIL BGC remains unclear, which hinders the precise metabolic engineering of S. bingchenggensis for titer improvement. To address this issue, this study discovered the regulatory function of a previously unidentified regulator KelR on a type-II polyketide BGC, MIL BGC, and two other BGCs, and caused titer improvement. First, a type II polyketide synthase (PKS) gene cluster kel with a bidirectional effect on MIL biosynthesis was found using transcriptome analysis. A Streptomyces antibiotic regulatory protein (SARP) family regulator KelR from the kel cluster was then characterized as an activator of several BGCs including mil and kel clusters. Metabolic competition between mil and kel clusters at the late fermentation stage was confirmed. Finally, KelR and those BGCs were manipulated in S. bingchenggensis, which led to a 71.7% titer improvement of MIL A3/A4 to 4058.2 ± 71.0 mg/L. This study deciphered the regulatory function of a previously unidentified regulatory protein KelR on several BGCs including mil in S. bingchenggensis and provided an example of coordinating metabolic competition and coregulation for titer improvement of secondary metabolites.

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