自然界中存在大量具有生物活性的次级代谢产物。这些天然小分子化合物不是生物体生存所必需的,但是它们的存在可以为生物体提供竞争优势。在细菌中,链霉菌合成了种类最多的次级代谢产物,是临床中药物先导化合物重要的天然宝库。这些次级代谢产物的生物合成过程受到严谨的时序性调控。早期的研究多集中于转录调控,依靠重要的转录因子级联调控基因的表达。但蛋白翻译后修饰对其调控的研究报道非常少。蛋白质酰化修饰是一种蛋白质翻译后修饰,酰基以辅酶A为载体、在酶催化下转移到蛋白质赖氨酸（K）侧链的ε-氨基上,从而调控蛋白质的结构、功能、定位等。巴豆酰化修饰（Kcr）是近年来发现的一种新型组蛋白翻译后修饰,该修饰多集中在启动子和潜在的增强子区域的组蛋白上,后期发现在胞质蛋白中也存在大量的巴豆酰化修饰位点,与蛋白质功能紧密相关。巴豆酰基中存在的碳碳双键使其具有其他酰基不具有的刚性,因此,研究者推测这种结构特点促使巴豆酰化修饰具有独特的调控效应。在微生物中,已有多种酰化修饰类型被鉴定,赋予细胞快速响应细胞内外环境变化的能力,但几乎没有巴豆酰化修饰的调控机制研究成果。本课题以玫瑰孢链霉菌（Streptomyces roseosporus）为研究对象,鉴定了巴豆酰化修饰蛋白质组,解析了巴豆酰化修饰通过调控糖代谢、关键转录因子活性调控链霉菌代谢的分子机制。我们通过免疫亲和富集巴豆酰化修饰肽段,并联用液相色谱串联质谱检测修饰位点,共鉴定得到3944个巴豆酰化修饰位点,分布在1389个蛋白质中,占玫瑰孢链霉菌总蛋白的19.61%,涉及所有代谢途径。与玫瑰孢链霉菌中乙酰化修饰蛋白质组比较发现,虽然两种修饰使用相同的修饰酶和去修饰酶,但巴豆酰化修饰位点所在的motif与乙酰化修饰有很大区别,且前者更倾向于选择与初级代谢的碳代谢途径相关的酶。进一步分析后我们发现,链霉菌在其正常的生命周期中,需要在初级代谢中积累巴豆酰化修饰,而在次级代谢过程中需及时消除部分巴豆酰化修饰以维持其正常的代谢过程。KEGG通路分析中发现,葡萄糖分解代谢途径中所有酶都存在巴豆酰化修饰,包括糖酵解、丙酮酸氧化脱羧和三羧酸循环。在去巴豆酰化酶缺失株Δcob B中,我们发现蛋白组存在过度巴豆酰化修饰。这不仅增加了葡萄糖激酶（Glk）被修饰的程度,进一步降低其激酶活性;而且促进了总葡萄糖消耗,表明巴豆酰化修饰程度提高可以促进葡萄糖的摄取。同时,非速效碳源利用基因的表达被抑制,表明碳源代谢物抑制效应增强。我们推测Glk被巴豆酰化修饰并与其他调节元件相互作用是触发碳源代谢物抑制效应的基础。因此,我们在葡萄糖激酶缺失株Δglk中回补了野生型Glk蛋白、模拟巴豆酰化修饰的Glk（K89Q,K91Q）蛋白和不存在修饰的Glk（K89R,K91R）蛋白,以分析巴豆酰化修饰对碳源代谢物抑制效应的影响。我们通过检测半乳糖利用基因gal K的表达量表征抑制效应的程度,验证发现在模拟修饰蛋白的回补菌株中,碳源代谢物抑制效应程度显著高于不修饰和野生型蛋白的回补菌株。因此,巴豆酰化修饰作用至少通过Glk的激酶活性和碳源代谢选择的双重调控途径来调节链霉菌的代谢状态。但是巴豆酰化修饰的Glk蛋白与其他调节元件相互作用的机制仍需进一步研究。本文同时研究了巴豆酰化修饰通过链霉菌中保守的转录调控因子Atr A来调控细菌代谢的分子机制。Atr A是达托霉素生物合成途径的正调控元件,可直接与基因簇的启动子结合,促进相关合成基因的表达。Atr A在多种链霉菌中的同源蛋白也被验证用于调控次级代谢产物生物合成基因簇内蛋白的转录。在玫瑰孢链霉菌中,我们鉴定到Atr A可以被巴豆酰化修饰,修饰位点位于该蛋白N端Helix–Turn–Helix（HTH）DNA结合结构域中的保守赖氨酸残基104（K104）。修饰的发生可降低Atr A蛋白对靶基因的识别和结合能力。在玫瑰孢链霉菌中,Atr A的K104被巴豆酰化修饰会造成细菌生长缺陷、生物量降低且不会产生次级代谢产物如达托霉素和代表性的红色素。Ch IP-Seq实验结果显示,大多数Atr A直接调控的基因在模拟修饰的点突变菌株中都丧失了与Atr A结合的能力,但仍存在小部分基因是点突变蛋白Atr A（K104Q）独特识别的。这说明Atr A被巴豆酰化修饰后细胞内可能产生全新的调控途径,以此来控制链霉菌菌丝分化和代谢过程。本文首次揭示了巴豆酰化修饰在链霉菌中是一种保守的蛋白质翻译后修饰,且普遍存在于各种代谢途径的关键酶中。我们验证了链霉菌中催化巴豆酰化修饰和去修饰过程酶的功能,首次将依赖于Glk蛋白的碳源代谢物抑制作用与蛋白质酰化修饰联系,揭示了通过对Glk的可逆巴豆酰化修饰调控葡萄糖代谢抑制效应强度的调控模式。同时解析了巴豆酰化修饰对转录调控因子Atr A识别靶基因的调控作用,初步揭示了巴豆酰化修饰通过控制基因表达调控链霉菌代谢的分子机制。本论文的研究对碳单位在链霉菌代谢过程中的代谢流向和未来巴豆酰化修饰对次级代谢产物挖掘与发展具有指导意义。