摘要 在先前的一系列研究中，我们团队发现乳酸乳球菌中存在一种替代的乳糖利用途径。除了具有P-β-葡萄糖苷酶和P-β-半乳糖苷酶活性的糖水解酶（BglS）外，该途径还涉及染色体编码的纤维二糖特异性PTS（PTSCel-Lac）组分，包括PtcA、PtcB和CelB。本报告显示，该系统受到ClaR的调控，ClaR是一种来自RpiR家族转录调控因子的新型激活蛋白。尽管RpiR蛋白在乳酸菌中广泛分布，但其功能尚未通过功能分析得到证实。本文中，我们表明ClaR的活性依赖于细胞内纤维二糖-6-磷酸的可用性，而其他糖类如葡萄糖或半乳糖对其没有影响。我们还表明，在纤维二糖存在下，ClaR对于激活bglS和celB的表达至关重要，并对ptcA和ptcB的激活有有限的影响。在测试的190种碳源中，claR的缺失仅降低了乳酸乳球菌在含乳糖和/或纤维二糖的培养基中的生长，表明该调控因子在糖代谢背景下的特异性较窄。
引言
乳酸菌（LAB），包括乳酸乳球菌，是碳水化合物分解代谢及其调控领域深入研究的焦点，这些过程在工业发酵过程中非常重要。LAB中最普遍的碳水化合物摄取途径是磷酸烯醇式丙酮酸-磷酸转移酶系统（PEP-PTS），该系统将糖转运与进入糖的磷酸化联系起来。磷酸烯醇式丙酮酸作为第一个磷酸基团供体给酶I，酶I利用复杂的磷酸基团转移级联反应，通过跨膜蛋白EIIC磷酸化进入细菌的糖。在可通过PTS内化的多种碳水化合物中，在LAB中，这些系统以高效转运乳汁（乳糖）和植物（β-葡萄糖苷）糖类而闻名，这些糖类对于涉及LAB物种的工业发酵过程非常重要。
由于乳酸发酵的经济重要性，乳酸乳球菌中这种糖的代谢被广泛研究。这些研究主要关注两个途径：（i）质粒定位的乳糖特异性PTS（PTSLac）和（ii）染色体编码的乳糖通透酶-β-半乳糖苷酶系统。后一个系统以非磷酸化形式转运乳糖，使其能够被β-半乳糖苷酶随后切割。最近，我们报道了在乳酸乳球菌IL1403中发现并运作的第三种替代乳糖摄取系统。这种新型乳糖利用途径涉及纤维二糖特异性PTS（PTSCel-Lac）的染色体编码组分。PTSCel-Lac的蛋白质编码在两个不同的区域，包含ptcA、ptcB（一个区域）和celB（第二个区域），分别编码EIIA、EIIB和EIIC。后一个区域还包含bglS基因，该基因编码一种具有P-糖水解活性的酶，兼具P-β-葡萄糖苷酶和P-β-半乳糖苷酶活性。这种BglS酶已被证明在乳酸乳球菌IL1403中促进通过PTSCel-Lac内化的纤维二糖和乳糖的切割。因此，PtcAB、CelB和BglS在乳酸乳球菌IL1403中形成了一个针对纤维二糖和乳糖摄取和水解的完整系统。我们推测PTSCel-Lac的存在不仅限于乳酸乳球菌IL1403，可能常见于其他乳酸菌株中。这后来在Solopova等人对乳酸乳球菌MG1363的研究中得到了证实。在这种细菌中，替代乳糖代谢途径，尽管由乳糖或纤维二糖不同地诱导，但依赖于乳酸乳球菌IL1403使用的相同PTSCel-Lac组分。
进入糖的转运及其后续代谢的效率受到几种调控蛋白的严格控制，这些调控蛋白形成了必要的调控网络，用于感知环境条件并设定细胞的分解代谢能力。Guédon等人区分了两组调控因子——通用调控因子和次级调控因子。这种通用调控因子的主要例子是分解代谢控制蛋白A（CcpA）。CcpA是一种在许多低GC含量的革兰氏阳性细菌中运作的保守蛋白，与其辅阻遏物Ser-P-HPr一起，结合到称为分解代谢物响应元件（cre）的14核苷酸顺式作用DNA靶位点，促进碳分解代谢激活（CCA）或抑制（CCR）。在乳酸乳球菌菌株中，已显示CcpA抑制与β-葡萄糖苷、果糖、半乳糖或乳糖摄取相关的不同基因，同时激活糖酵解las操纵子。
除了全局调控因子外，碳分解代谢也可能由属于不同蛋白质家族（如LacI、LysR、AraC、GntR、DeoR、RpiR或BglG）的特定和局部次级调控因子控制，这些调控因子在LAB中广泛分布。已显示这些家族中的一些调控因子控制编码α-半乳糖苷、β-葡萄糖苷、果糖、乳糖、麦芽糖、山梨糖、蔗糖和木糖利用的基因在乳酸球菌中的表达。
乳酸乳球菌IL1403的YebF蛋白（现指定为纤维二糖-乳糖调控蛋白—ClaR）属于RpiR家族的调控因子。在细菌基因组中，有许多基因编码属于RpiR家族的潜在调控因子）。然而，迄今为止，尚未有这些基因被证明在LAB的碳水化合物分解代谢中发挥作用。我们先前曾提出ClaR可能参与激活bglS、celB、ptcA和ptcB基因，这些基因编码乳酸乳球菌IL1403中新型且唯一的乳糖利用途径的组分。已经证明这些基因的表达受到通用分解代谢抑制系统的严格调控，而bglS和celB还需要纤维二糖的存在才能完全诱导。
在本报告中，我们显示在乳酸乳球菌IL1403中，编码PTSCel-Lac组分的基因在纤维二糖存在下通过新型激活因子ClaR进行调控。此外，通过表型微阵列的全局表型分析表明，ClaR是纤维二糖和乳糖代谢不可或缺的特定调控因子。
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