A new bacterial tRNA enhances antibiotic production in Streptomyces by circumventing inefficient wobble base-pairing.
A new bacterial tRNA enhances antibiotic production in Streptomyces by circumventing inefficient wobble base-pairing.
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DOI：
10.1093/nar/gkac502
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发表时间：
2022-07-08
影响因子：
14.9
通讯作者：
Liu, Guangxiu
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Chen, Ximing;Li, Shuyan;Zhang, Binglin;Sun, Haili;Wang, Jinxiu;Zhang, Wei;Meng, Wenbo;Chen, Tuo;Dyson, Paul;Liu, Guangxiu
我们报告了一种新细菌 tRNA 物种的发现和功能表征。来自快速生长的沙漠链霉菌的 tRNA-Asp-AUC 可解码 GAU 密码子。在链霉菌中缺乏 queuosine tRNA 反密码子修饰的情况下，新的 tRNA 避免了翻译过程中低效的摆动碱基配对。组成型表达的 tRNA 极大地增强了模型嗜温物种天蓝色链霉菌中 4 种不同抗生素的合成，包括所谓的神秘途径的产物，并增加了其他物种中医学上重要的抗生素的产量。这可以合理化，因为抗生素生物合成的多效性和途径特异性转录激活剂的表达增加，其基因通常具有一个或多个 GAT 密码子；这些基因集中该密码子的频率明显高于链霉菌基因的平均频率。此外，tRNA 还能增强钴胺素的产生，钴胺素是 S-腺苷甲硫氨酸的前体，而钴胺素本身是合成许多抗生素的重要辅助因子。结果建立了一种涉及 GAU 密码子的低效摆动碱基配对的新范例，作为调节基因表达，特别是抗生素生物合成的进化策略。通过表达新的同源 tRNA 来规避这一问题，提供了一种通用策略来提高抗生素产量，并扩大这些有价值的细菌产生的急需的新生物活性代谢物的库。
We report the discovery and functional characterization of a new bacterial tRNA species. The tRNA-Asp-AUC, from a fast-growing desert streptomycete, decodes GAU codons. In the absence of queuosine tRNA anticodon modification in streptomycetes, the new tRNA circumvents inefficient wobble base-pairing during translation. The tRNA, which is constitutively expressed, greatly enhances synthesis of 4 different antibiotics in the model mesophilic species Streptomyces coelicolor, including the product of a so-called cryptic pathway, and increases yields of medically-important antibiotics in other species. This can be rationalised due to increased expression of both pleiotropic and pathway-specific transcriptional activators of antibiotic biosynthesis whose genes generally possess one or more GAT codons; the frequency of this codon in these gene sets is significantly higher than the average for streptomycete genes. In addition, the tRNA enhances production of cobalamin, a precursor of S-adenosyl methionine, itself an essential cofactor for synthesis of many antibiotics. The results establish a new paradigm of inefficient wobble base-pairing involving GAU codons as an evolved strategy to regulate gene expression and, in particular, antibiotic biosynthesis. Circumventing this by expression of the new cognate tRNA offers a generic strategy to increase antibiotic yields and to expand the repertoire of much-needed new bioactive metabolites produced by these valuable bacteria.
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