劉國(guó)芳，王欣欣，蘇輝昭，陸光濤

細(xì)菌GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的研究進(jìn)展

劉國(guó)芳1，王欣欣2，蘇輝昭2，陸光濤2

1. 廣西民族大學(xué)海洋與生物技術(shù)學(xué)院，廣西多糖材料與改性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南寧 530008 2. 廣西大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，南寧 530004

GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子是細(xì)菌中分布最為廣泛的一類(lèi)螺旋–轉(zhuǎn)角–螺旋(helix-turn-helix，HTH)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，此家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子包含兩個(gè)功能域，分別是N端的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域和C端的效應(yīng)物結(jié)合結(jié)構(gòu)域/寡聚化作用結(jié)構(gòu)域。DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的氨基酸序列是非常保守的，但效應(yīng)物結(jié)合結(jié)構(gòu)域/寡聚化作用結(jié)構(gòu)域的氨基酸序列卻存在很大的差異性。目前許多GntR家族的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子已經(jīng)被鑒定，這些轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控細(xì)菌許多不同的細(xì)胞過(guò)程，如運(yùn)動(dòng)性、葡萄糖代謝、細(xì)菌的耐藥性、病原細(xì)菌的致病力等。本文主要闡述了GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的發(fā)現(xiàn)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能、調(diào)控模式等方面的研究進(jìn)展，旨在為研究者全面、深入地了解GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的功能及作用機(jī)理提供幫助。

GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子；二級(jí)結(jié)構(gòu)；生物學(xué)功能；調(diào)控模式

細(xì)菌經(jīng)常暴露在不斷變化的環(huán)境中。為了生長(zhǎng)和生存，細(xì)菌能夠根據(jù)環(huán)境中可利用營(yíng)養(yǎng)的數(shù)量和類(lèi)型，開(kāi)啟不同的調(diào)控系統(tǒng)，使細(xì)胞代謝過(guò)程能夠適應(yīng)環(huán)境的變化。細(xì)菌的轉(zhuǎn)錄調(diào)控是細(xì)菌快速繁殖適應(yīng)變幻莫測(cè)環(huán)境的主要機(jī)制之一[1]，其中最常見(jiàn)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控方式是通過(guò)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子與啟動(dòng)子的結(jié)合，來(lái)調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的起始，進(jìn)而調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄水平。

在細(xì)菌中，已鑒定出許多轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，根據(jù)它們所結(jié)合DNA的模式以及自身保守的基序，人們將這些轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子分為若干類(lèi)群[2]。其中最為常見(jiàn)的是螺旋–轉(zhuǎn)角–螺旋(helix-turn-helix, HTH)類(lèi)群，此類(lèi)群的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子含有一個(gè)保守的α螺旋–轉(zhuǎn)角–α螺旋DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域[3]。根據(jù)DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域的序列，人們又將此類(lèi)群的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子分為多個(gè)不同的家族[2]，其中GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子是分布最為廣泛的一類(lèi)HTH轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子。本文主要闡述了GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的發(fā)現(xiàn)、二級(jí)結(jié)構(gòu)、生物學(xué)功能、調(diào)控模式等方面的研究進(jìn)展，將為轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子調(diào)控機(jī)理的研究和動(dòng)植物病原菌致病機(jī)理的研究提供新的知識(shí)和基礎(chǔ)。

1 GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的發(fā)現(xiàn)和基本結(jié)構(gòu)

第一個(gè)發(fā)現(xiàn)的GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子是枯草芽孢桿菌()中的葡萄糖酸鹽操縱子抑制子(lucoae operonepressor, GntR)[4]。GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子包含兩個(gè)功能域(圖1)分別是N端的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域(DNA-binding domain, DBD)和C端的效應(yīng)物結(jié)合結(jié)構(gòu)域/寡聚化作用結(jié)構(gòu)域(effector- binding and oligomerization domains, EBD)。DNA結(jié)構(gòu)域的氨基酸序列在GntR家族成員中是非常保守的，但效應(yīng)物結(jié)合結(jié)構(gòu)域/寡聚化作用結(jié)構(gòu)域的氨基酸序列存在很大的差異性。根據(jù)C端氨基酸序列的不同，GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子分為7個(gè)亞家族(圖2)，分別是FadR (attycidegradationegulator)、HutC (istidineilization repressor)、MocR (genes of GntRegulator)、YtrA (operon transcrip-tional regulator)、AraR (L-binose operon transcri-ptionalepressor)、DevA (elopment transcriptional regulator)、PlmA (asmidaintenance)[5~7]，其中FadR、HutC、MocR、YtrA亞家族是GntR家族中比較重要的亞家族。

FadR亞家族是GntR家族轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子中成員最多的一類(lèi)，占約40%。其成員中的C端結(jié)構(gòu)域包括6~7個(gè)α螺旋，由150~170個(gè)氨基酸組成。C端結(jié)構(gòu)域可與效應(yīng)物或者配體結(jié)合，如羧酸，結(jié)合后，蛋白的構(gòu)象發(fā)生變化，進(jìn)而影響與DNA的結(jié)合[8]。該亞家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子是在大腸桿菌()中首次發(fā)現(xiàn)。中的FadR參與調(diào)控脂肪酸的合成與分解代謝，是一個(gè)?；o酶A結(jié)合蛋白，以二聚體的形式存在。其中N端是DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域，C端是配體結(jié)合結(jié)構(gòu)域，可以與?；o酶A結(jié)合[9]。

僅次于FadR亞家族的是HutC亞家族，約占GntR家族的30%。該亞家族成員的C端結(jié)構(gòu)域由170個(gè)氨基酸組成，包括α螺旋和β折疊[10]。此亞家族的第一個(gè)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子是在惡臭假單胞菌()中發(fā)現(xiàn)。的HutC是一個(gè)組氨酸利用操縱子調(diào)節(jié)因子[11]。結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，此亞家族的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子C端的效應(yīng)物結(jié)合結(jié)構(gòu)域/寡聚化作用結(jié)構(gòu)域的折疊方式與中發(fā)現(xiàn)的單核分支酸裂解酶很像，均以二聚體的形式存在并且在HutC亞家族中是非常保守的[12]。

MocR亞家族中的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的典型特征是C端有一個(gè)比較大的效應(yīng)物結(jié)合結(jié)構(gòu)域/寡聚化作用結(jié)構(gòu)域，平均由350個(gè)氨基酸組成。折疊方式屬于I型吡哆醛5?-磷酸鹽(pyridoxal 5?-phosphate, PLP)依賴(lài)性酶，此折疊類(lèi)型的原型酶為天冬氨酸轉(zhuǎn)移酶(aspartate aminotransferase, AAT)[13]。此家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的N端DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域和C端AAT結(jié)構(gòu)域是通過(guò)多肽來(lái)連接的。多肽鏈的長(zhǎng)度在MocR亞家族中不同成員之間是不相同的。

圖1 GntR家族蛋白結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子亞家族成員C端二級(jí)結(jié)構(gòu)的示意圖

與GntR家族中其他6個(gè)亞家族相比，YtrA亞家族中的成員的肽鏈組成較短，一般由120~130個(gè)氨基酸組成。其中大約50個(gè)氨基酸是位于C端結(jié)構(gòu)域，形成2個(gè)α螺旋[14]。YtrA最早是在枯草芽孢桿菌()中發(fā)現(xiàn)的[15]。中的基因與其他5個(gè)基因構(gòu)成一個(gè)操縱子。YtrA由130個(gè)氨基酸組成，負(fù)向調(diào)控操作子中基因的表達(dá)。絕大多數(shù)編碼YtrA亞家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的基因與ATP-binding cassette (ABC)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)相關(guān)基因組成了操縱子，可以調(diào)控ABC (ATP-binding cassette)轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)相關(guān)基因的表達(dá)[10]。由于YtrA亞家族成員氨基酸組成較少，肽鏈的長(zhǎng)度較短，給其結(jié)構(gòu)的研究造成了很大的困擾。

隨著研究的深入，GntR家族蛋白越來(lái)越多的被鑒定出來(lái)。在PfAM數(shù)據(jù)庫(kù)中，GntR家族序列由2008年的8561條增長(zhǎng)到89733條。GntR家族在細(xì)菌中廣泛分布，主要分布在變形菌門(mén)Proteobacteria，厚壁菌門(mén)Firmicutes 和放線菌門(mén)Actinobacteria等5958種細(xì)菌中(圖3)。根據(jù)各亞家族C端的差異構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MocR和PlmA在進(jìn)化上雖然比較接近，但GntR家族各亞家族蛋白在整體進(jìn)化上距離較遠(yuǎn)(圖4)，說(shuō)明各亞家族在進(jìn)化上變化較大。

圖3 GntR家族蛋白在細(xì)菌類(lèi)群中的分布

放線菌門(mén)：Actinobacteria；厚壁菌門(mén)：Firmicutes；變形菌門(mén)：Proteobacteria；擬桿菌門(mén)：Bacteroidetes。

圖4 GntR家族蛋白系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)

2 GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的生物學(xué)功能

許多GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子已經(jīng)被鑒定。這些轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控細(xì)菌許多不同的細(xì)胞過(guò)程[5]，包括運(yùn)動(dòng)性[16]、發(fā)育[17]、葡萄糖代謝[18]、細(xì)菌的耐藥性[19]、細(xì)胞的毒性[20]、病原細(xì)菌的致病力[21,22]等。

2.1 動(dòng)物病原細(xì)菌中GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的生物學(xué)功能

目前，與動(dòng)物病原菌GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子相關(guān)的研究報(bào)道有很多。本文將以已報(bào)道的幾個(gè)動(dòng)物病原菌中的GntR轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子為例，闡述動(dòng)物病原菌中GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的生物學(xué)功能。

病原物中的FadR轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子是一個(gè)全局調(diào)控因子，可調(diào)控脂肪酸合成、水解、轉(zhuǎn)運(yùn)等相關(guān)基因的表達(dá)。其N(xiāo)端的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域可與靶基因特定的DNA序列結(jié)合；C端可與配體結(jié)合，其生理配體是LC脂肪?；o酶A硫酯。當(dāng)FadR與配體結(jié)合后，F(xiàn)adR就會(huì)從靶基因的結(jié)合位點(diǎn)上解離下來(lái)，進(jìn)而調(diào)控靶基因的表達(dá)[23](圖5)。FadR轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子能夠抑制脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因(和)、編碼分解代謝相關(guān)酶基因(、、、、)的表達(dá)[9]。

圖5 大腸桿菌中FadR調(diào)控脂肪酸代謝的模式圖

銅綠假單胞菌()是一種條件致病菌，是一種醫(yī)院內(nèi)感染的主要致病菌，感染此菌后會(huì)引發(fā)一些疾病，如肺炎、細(xì)菌病、尿道和外科感染[24]。在此菌中發(fā)現(xiàn)，GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子不僅抑制自身基因的表達(dá)，而且參與該菌的許多代謝過(guò)程，包括抑制葡萄糖代謝過(guò)程中的關(guān)鍵酶葡萄糖酸鹽透性酶GntP的表達(dá)[24]；參與調(diào)控2-羥基喹啉和氨基苯甲酸鹽的代謝[25]。

溶血弧菌()是一種食源性病原體，有時(shí)可在受污染的海鮮中發(fā)現(xiàn)，可引致人類(lèi)急性腸胃炎和出血性敗血癥。此菌中存在兩個(gè)鞭毛系統(tǒng)參與細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)，在許多細(xì)菌中，運(yùn)動(dòng)性與病原細(xì)菌的致病、生物膜的形成和環(huán)境的適應(yīng)相關(guān)[16]。在此菌中鑒定到的一個(gè)GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子參與調(diào)控細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性。變形鏈球菌()為革蘭氏染色陽(yáng)性球菌，是齲病的主要致病菌。在此菌中所鑒定到的GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子StsR，是通過(guò)調(diào)節(jié)糖轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)基因的表達(dá)，來(lái)影響該菌早期生物膜的形成和胞外多糖(extrace-llular polysaccharide, EPS)的合成[26]。已知生物膜的形成和EPS往往與病原細(xì)菌的致病密切相關(guān)。所以，StsR極有可能參與調(diào)控變形鏈球菌的致病過(guò)程。肺炎鏈球菌()是一種重要的人類(lèi)病原體，通常存在于呼吸道上部，可引致肺炎、中耳炎、腦膜炎、敗血癥等疾病。在此菌中鑒定到的GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子CpsR可調(diào)控莢膜多糖的合成和致病過(guò)程[27]。金黃色葡萄球菌()是一種重要的人類(lèi)病原體，可引致多種感染，如膿腫、敗血癥、中毒性休克綜合癥和心內(nèi)膜炎。在此菌中鑒定到的GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子NorG是一個(gè)全局轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，調(diào)控參與多種不同細(xì)胞過(guò)程的基因[28]。布魯氏菌(spp.)能夠引起布魯氏菌病，此病是一種人畜共患的傳染病，對(duì)公眾健康及安全構(gòu)成了極大危害。研究發(fā)現(xiàn)，布魯氏菌侵染巨噬細(xì)胞期間，GntR轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子影響IV型分泌系統(tǒng)(type IV secretion system, T4SS)和群體感應(yīng)系統(tǒng)相關(guān)基因的表達(dá)[20]。

綜上所述，動(dòng)物病原菌中目前鑒定的GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子許多是全局轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，可調(diào)控許多細(xì)胞過(guò)程，包括運(yùn)動(dòng)性、生物膜的形成、胞外多糖的合成、群體感應(yīng)等。這些全局性轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子通過(guò)調(diào)控與動(dòng)物病原菌致病相關(guān)的細(xì)胞過(guò)程，進(jìn)而影響病原細(xì)菌的致病過(guò)程。

2.2 植物病原細(xì)菌中GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的生物學(xué)功能

相較于動(dòng)物病原菌，植物病原菌中關(guān)于GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的研究相對(duì)較少。十字花科黑腐病菌(pv.,)能夠引起十字花科植物發(fā)生黑腐病。在此菌中鑒定的GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子HpaR1是一個(gè)全局轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，調(diào)控許多細(xì)胞過(guò)程，包括致病過(guò)程、III型分泌系統(tǒng)(type III secretion system, T3SS)相關(guān)基因的表達(dá)、致病因子胞外多糖、胞外纖維素酶相關(guān)基因的表達(dá)等[29~31]。柑橘潰瘍病菌(ssp.)是一種對(duì)柑橘危害很大的致病菌，引發(fā)柑橘潰瘍病，導(dǎo)致世界范圍的柑橘產(chǎn)量減少。此菌中鑒定的GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子YtrA調(diào)控細(xì)菌致病過(guò)程、T3SS和III型效應(yīng)物(type III effectors, T3Es)相關(guān)基因的表達(dá)、細(xì)菌在寄主和培養(yǎng)基中的生長(zhǎng)等多個(gè)細(xì)胞過(guò)程[32]。

除以上動(dòng)植物病原菌之外，在一些非致病菌中也鑒定到了GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子?；疑溍咕?)中鑒定的GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子DasR參與調(diào)控N-乙酰氨基葡萄糖的代謝[33]；天藍(lán)色鏈霉菌()中鑒定的GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子DevA與該菌的發(fā)育相關(guān)[17]；慢生型大豆根瘤菌()中鑒定的GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子MocR與該菌的運(yùn)動(dòng)性、生物膜的形成等相關(guān)[34]。

3 調(diào)控模式

轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子通過(guò)識(shí)別基因啟動(dòng)子區(qū)的特定序列并與其結(jié)合，進(jìn)而調(diào)控基因的轉(zhuǎn)錄。根據(jù)調(diào)控機(jī)制的不同分為正轉(zhuǎn)錄調(diào)控(轉(zhuǎn)錄激活)和負(fù)轉(zhuǎn)錄調(diào)控(轉(zhuǎn)錄抑制)兩類(lèi)，GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子絕大多數(shù)是轉(zhuǎn)錄抑制子。

基因轉(zhuǎn)錄抑制主要包括3種模式[35]：(1)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合在啟動(dòng)子區(qū)的?10區(qū)附近，使得RNA聚合酶(RNA polymerase, RNAP)無(wú)法與啟動(dòng)子結(jié)合，進(jìn)而抑制基因的轉(zhuǎn)錄；(2)轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合在啟動(dòng)子的特定位置，使啟動(dòng)子區(qū)的構(gòu)象發(fā)生改變，形成一個(gè)環(huán)，封閉了啟動(dòng)子的?35區(qū)和?10區(qū)，使得RNAP無(wú)法與啟動(dòng)子結(jié)合，阻止了轉(zhuǎn)錄的起始；(3)某些基因的轉(zhuǎn)錄需要轉(zhuǎn)錄激活因子，而轉(zhuǎn)錄抑制因子通過(guò)與轉(zhuǎn)錄激活因子相互作用，使得激活因子無(wú)法起到激活轉(zhuǎn)錄的作用，進(jìn)而阻止轉(zhuǎn)錄的起始。

在植物病原細(xì)菌中所鑒定的GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子HpaR1，其功能及調(diào)控模式不同于以往報(bào)道的GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子。HpaR1是一個(gè)全局轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，屬于YtrA亞家族，正調(diào)控多種不同的細(xì)胞過(guò)程，包括胞外多糖、胞外酶活性、運(yùn)動(dòng)性以及抗逆性等多種細(xì)胞過(guò)程[29]。其調(diào)控的EPS的合成，是通過(guò)正調(diào)控一簇與EPS合成相關(guān)的基因操縱子來(lái)實(shí)現(xiàn)的。HpaR1結(jié)合在基因啟動(dòng)子區(qū)的?35區(qū)和?10區(qū)之間。一般而言，轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子結(jié)合在基因啟動(dòng)子的?35區(qū)和?10區(qū)內(nèi)，會(huì)阻斷RNAP沿DNA模板鏈的移動(dòng)，從而抑制基因的轉(zhuǎn)錄，因而是起到一個(gè)轉(zhuǎn)錄抑制子的作用。但是HpaR1卻是通過(guò)與RNAP蛋白間的相互作用，增強(qiáng)了RNAP與基因啟動(dòng)子區(qū)的結(jié)合，從而增強(qiáng)了基因的表達(dá)。因此，HpaR1對(duì)基因的調(diào)控模式是一種新的調(diào)控模式[30]。

目前的研究報(bào)道主要集中在某個(gè)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的調(diào)控模式的研究，但是細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子往往是形成一個(gè)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮作用的。中的HpaR1和另一個(gè)全局性轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子Clp，能夠以一種特有的模式共同調(diào)控胞外纖維素酶主?；?)表達(dá)(圖6)。HpaR1和Clp均正調(diào)控的轉(zhuǎn)錄。HpaR1結(jié)合在啟動(dòng)子區(qū)的?35區(qū)上游包括?35區(qū)序列(HpaR1 binding site, HBS)；Clp在啟動(dòng)子區(qū)中有兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，CBSI (Clp binding site I)位于啟動(dòng)子區(qū)的?35區(qū)上游，CBSII (Clp binding site II)位于啟動(dòng)子區(qū)的?35區(qū)上游包括?35區(qū)序列，其中CBSII與HBS是部分重疊。HpaR1對(duì)轉(zhuǎn)錄激活效率低于Clp，但對(duì)啟動(dòng)子區(qū)的結(jié)合能力比Clp更強(qiáng)。因此HpaR1能將Clp從CBSII結(jié)合位點(diǎn)驅(qū)逐出來(lái)，從而與Clp一起，精細(xì)地調(diào)控的轉(zhuǎn)錄水平[31]。

圖6 HpaR1、Clp調(diào)控engXCA的模式圖

A：HapR1、Clp均能與啟動(dòng)子區(qū)結(jié)合，Clp與啟動(dòng)子區(qū)有兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，其中CBSII與HBS是重疊的；B、C：HpaR1、Clp在體外均能激活基因的轉(zhuǎn)錄；D：HpaR1與Clp相比，HpaR1與啟動(dòng)子區(qū)有更高的親和力，并且能將Clp從其結(jié)合位點(diǎn)CBSII驅(qū)逐下來(lái)[31]。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

隨著功能基因組學(xué)的發(fā)展，轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的研究取得了極大的進(jìn)展。越來(lái)越多的GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子被鑒定。但是目前關(guān)于GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的研究主要還是集中在其生物學(xué)功能的研究，對(duì)于其結(jié)構(gòu)、配體以及兩個(gè)或者兩個(gè)以上轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子共同調(diào)控一個(gè)靶基因的研究相對(duì)比較少。因此，GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子與其它轉(zhuǎn)錄因子共同調(diào)控靶基因的作用機(jī)理是一個(gè)有趣的研究方向。我們對(duì)中兩個(gè)全局轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子HpaR1和Clp共同調(diào)控一個(gè)靶基因進(jìn)行研究，已篩選出的一些候選靶基因與該菌的致病相關(guān)，包括編碼致病因子胞外纖維素酶與胞外多糖等基因。這些研究將有利于病原菌致病網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，給人們防治動(dòng)植物病害提供理論基礎(chǔ)。

另外，目前只有很少的GntR家族蛋白的晶體結(jié)構(gòu)被解析，如中的FadR、谷氨酸棒狀桿菌()中的LldR、中的YvoA等。GntR家族中的轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的晶體比較難獲得，與靶標(biāo)DNA共結(jié)合的晶體就更加難獲得。結(jié)構(gòu)得不到解析，對(duì)該家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子功能的研究也造成了很大的影響。已知GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子C端結(jié)構(gòu)域與配體結(jié)合后，使轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子與靶基因結(jié)合或者解離，進(jìn)而調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄水平。但目前只篩選到了很少的配體，主要是因?yàn)槟壳斑€沒(méi)有快速大量篩選配體的方法，而細(xì)菌生活的環(huán)境又是復(fù)雜多變的，環(huán)境中的許多小分子物質(zhì)都有可能是GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子的配體。只有快速篩選配體技術(shù)的發(fā)展，才能獲得大量的配體。GntR家族轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子往往可調(diào)控致病菌的致病過(guò)程。因此，通過(guò)鑒定其配體，可以此作為藥物靶標(biāo)，來(lái)防治動(dòng)植物病害。

[1] Majidian P, Kuse J, Tanaka K, Najafi H, Zeinalabedini M, Takenaka S, Yoshida KI.GntR regulation modified to devise artificial transient induction systems., 2017, 62(6): 277–285.

[2] Pabo CO, Sauer RT. Transcription factors: structural families and principles of DNA recognition., 1992, 61: 1053–1095.

[3] Haydon DJ, Guest JR.A new family of bacterial regulatory proteins., 1991, 63(2–3): 291–295.

[4] Fujita Y, Fujita R. New diagnostic systems--technics, efficiency and limitations. Cholangioscopy. a) Peroral cholangioscopy., 1987, 45(7): 1466–1471.

[5] Hoskisson PA, Rigali S. Chapter 1: Variation in form and function the helix-turn-helix regulators of the GntR superfamily., 2009, 69: 1–22.

[6] Suvorova IA, Korostelev YD, Gelfand MS. GntR family of bacterial transcription factors and their DNA binding motifs: structure, positioning and co-evolution., 2015, 10(7): e0132618.

[7] Vindal V, Suma K, Ranjan A. GntR family of regulators in: a sequence and structure based characterization., 2007, 8: 289.

[8] Zheng MY, Cooper DR, Grossoehme NE, Yu MM, Hung LW, Cieslik M, Derewenda U, Lesley SA, Wilson IA, Giedroc DP, Derewenda ZS.Structure ofTM0439: implications for the mechanism of bacterial GntR transcription regulators with Zn2+-binding FCD domains., 2009, 65(Pt 4): 356–365.

[9] van Aalten DM, DiRusso CC, Knudsen J, Wierenga RK.Crystal structure of FadR, a fatty acid-responsive transcription factor with a novel acyl coenzyme A-binding fold., 2000, 19(19): 5167–5177.

[10] Rigali S, Derouaux A, Giannotta F, Dusart J. Subdivision of the helix-turn-helix GntR family of bacterial regulators in the FadR, HutC, MocR, and YtrA subfamilies., 2002, 277(15): 12507–12515.

[11] Allison SL, Phillips AT. Nucleotide sequence of the gene encoding the repressor for the histidine utilization genes of., 1990, 172(9): 5470– 5476.

[12] Fillenberg SB, Friess MD, K?rner S, B?ckmann RA, Muller YA. Crystal structures of the global regulator DasR from: implications for the allosteric regulation of GntR/HutC repressors., 2016, 11(6): e0157691.

[13] Milano T, Angelaccio S, Tramonti A, Di Salvo ML, Contestabile R, Pascarella S.Structural properties of the linkers connecting the N- and C- terminal domains in the MocR bacterial transcriptional regulators., 2016, 3: 8–18.

[14] Gao YG, Yao M, Itou H, Zhou Y, Tanaka I. The structures of transcription factor CGL2947 fromin two crystal forms: A novel homodimer assembling and the implication for effector-binding mode., 2007, 16(9): 1878–1886.

[15] Yoshida KI, Fujita Y, Ehrlich SD. An operon for a putative ATP-binding cassette transport system involved in acetoin utilization of., 2000, 182(19): 5454–5461.

[16] Gu D, Meng HM, Li Y, Ge HJ, Jiao XN. A GntR family transcription factor (VPA1701) for swarming motility and colonization of., 2019, 8(4): 235.

[17] Hoskisson PA, Rigali S, Fowler K, Findlay KC, Buttner MJ. DevA, a GntR-like transcriptional regulator required for development in., 2006, 188(14): 5014–5023.

[18] Daddaoua A, Corral-Lugo A, Ramos JL, Krell T. Identification of GntR as regulator of the glucose meta-bolism in., 2017, 19(9): 3721–3733.

[19] Truong-Bolduc QC, Hooper DC. The transcriptional regulators NorG and MgrA modulate resistance to both quinolones and beta-lactams in., 2007, 189(8): 2996–3005.

[20] Li ZQ, Wang SL, Zhang H, Zhang JL, Xi L, Zhang JB, Chen CF. Transcriptional regulator GntR ofregulates cytotoxicity, induces the secretion of inflammatory cytokines and affects expression of the type IV secretion system and quorum sensing system in macrophages., 2017, 33(3): 60.

[21] Zhou XF, Yan Q, Wang N.Deciphering the regulon of a GntR family regulator via transcriptome and ChIP-exo analyses and its contribution to virulence in., 2017, 18(2): 249–262.

[22] Zhou Y, Nie RN, Liu XY, Kong JH, Wang XH, Li JQ. GntR is involved in the expression of virulence in strainP1/7., 2018, 365(14).

[23] Gao RS, Li DF, Lin Y, Lin JX, Xia XY, Wang H, Bi LJ, Zhu J, Hassan B, Wang SH, Feng YJ. Structural and functional characterization of the FadR regulatory protein from., 2017, 7: 513.

[24] Huang WL, Wilks A. A rapid seamless method for gene knockout in., 2017, 17(1): 199.

[25] Wang TT, Qi YH, Wang ZH, Zhao JR, Ji LX, Li J, Cai Z, Yang L, Wu M, Liang HH. Coordinated regulation of anthranilate metabolism and bacterial virulence by the GntR family regulator MpaR in., 2020, 114(5): 857–869.

[26] Li ZB, Xiang ZT, Zeng JM, Li YQ, Li JY. A GntR family transcription factor inregulates biofilm formation and expression of multiple sugar transporter genes., 2019, 9: 3224.

[27] Wu KF, Xu HM, Zheng YQ, Wang LB, Zhang XM, Yin YB.CpsR, a GntR family regulator, transcriptionally regulates capsular polysaccharide biosynthesis and governs bacterial virulence in., 2016, 6: 29255.

[28] Truong-Bolduc QC, Dunman PM, Eidem T, Hooper DC. Transcriptional profiling analysis of the global regulator NorG, a GntR-Like protein of., 2011, 193(22): 6207–6214.

[29] An SQ, Lu GT, Su HZ, Li RF, He YQ, Jiang BL, Tang DJ, Tang JL. Systematic mutagenesis of all predictedgenes inpv.reveals a GntR family transcriptional regulator controlling hyper-sensitive response and virulence., 2011, 24(9): 1027–1039.

[30] Su HZ, Wu L, Qi YH, Liu GF, Lu GT, Tang JL. Characterization of the GntR family regulator HpaR1 of the crucifer black rot pathogenpathovar., 2016, 6: 19862.

[31] Liu GF, Su HZ, Sun HY, Lu GT, Tang JL. Competitive control of endoglucanase geneexpression in the plant pathogenby the global transcriptional regulators HpaR1 and Clp., 2019, 20(1): 51–68.

[32] Zhou XF, Yan Q, Wang N. Deciphering the regulon of a GntR family regulator via transcriptome and ChIP-exo analyses and its contribution to virulence in., 2017, 18(2): 249–262.

[33] Chi WJ. Retracted: DasR, a GntR-family global regulator, regulates N-acetylglucosamine metabolism in., 2017.

[34] Taw MN, Lee HI, Lee SH, Chang WS. Characterization of MocR, a GntR-like transcriptional regulator, in: its impact on motility, biofilm formation, and soybean nodulation., 2015, 53(8): 518–525.

[35] Browning DF, Busby SJ. The regulation of bacterial transcription initiation., 2004, 2(1): 57–65.

Progress on the GntR family transcription regulators in bacteria

Guofang Liu1, Xinxin Wang2, Huizhao Su2, Guangtao Lu2

In bacteria, GntR family transcription regulators are the widespread family of transcription factors. Members of this family consist of two functional domains, a conserved N-terminal DNA-binding domain that contains a typical helix-turn-helix (HTH) motif and a C-terminal effector-binding or oligomerization domain. Usually, the amino acid sequences of N-terminal DNA-binding domains are highly conserved, but differ in the C-terminal effector-binding or oligomerization domains. In the past several decades, many GntR family transcription regulators have been characterized in a number of bacteria. These regulators control a variety of cellular processes such as cell motility, glucose metabolism, bacterial resistance, pathogenesis and virulence. In this review, we summarized the discovery, C-terminal domains, biological function and regulation mode of GntR family transcription regulators. This review will help researchers to obtain more knowledge about the functions and mechanisms of the GntR family transcriptional regulatory factors.

GntR family transcription regulators; C-terminal domains; biological function; regulation mode

2020-09-18;

2020-12-07

廣西民族大學(xué)科研基金項(xiàng)目(青年基金項(xiàng)目，編號(hào)：2019KJQN004) 和廣西科技重大專(zhuān)項(xiàng)項(xiàng)目(桂科，編號(hào)：AA18242026) 資助 [Supported by Guangxi University for Nationalities Scientific Research Fund (No. 2019KJQN004)，and Science and Technology Major Project of Guangxi (No. AA18242026)]

劉國(guó)芳，博士，副教授，研究方向：植物保護(hù)。E-mail: lgf8411@126.com

陸光濤，博士，研究員，研究方向：植物保護(hù)。E-mail: lugt@gxu.edu.cn

10.16288/j.yczz.20-245

2020/12/11 15:29:42

URI: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1913.R.20201211.0900.001.html

(責(zé)任編委: 梁海華)