假单胞菌株M18中pqsA突变株的构建及其对plt的调控

【目的】根际铜绿假单胞菌M18能产生藤黄绿菌素(Plt)和吩嗪-1-羧酸(PCA)两种主要的抗生素。其PqsR/PQS群体感应系统由应答调控蛋白PqsR与信号分子PQS组成。前期研究已经表明pqsR负调控Plt生物合成及基因簇表达。本论文旨在研究PQS分子对Plt合成及基因表达的调控作用。【方法】从M18基因组中扩增PQS合成基因pqsA,通过同源重组技术构建假单胞菌M18的pqsA突变菌株M18pqsA。利用lacZ报告基因分析、信号分子添加实验等,研究PQS对Plt合成及基因表达的调控作用。【结果】在KMB培养基中,分别比较野生型菌株M18和突变菌株M18pqsA的Plt产量,突变菌株的Plt产量存在较小幅度的升高,约为野生型菌株的1.53倍。添加PQS对plt表达存在一定程度但不是很显著的负调控作用。【结论】PQS分子对Plt生物合成及基因表达存在部分负调控作用。     

高产申嗪霉素和吩嗪-1-酰胺的水稻根际铜绿假单胞菌PA1201分离、鉴定与应用潜力

【目的】从水稻根际筛选能高效抑制水稻病原菌的细菌,分析和鉴定其形态和生化特征,为开发新型绿色农药奠定基础。【方法】从水稻根际分离能以1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)为唯一碳源的菌株,根据菌株形态和生化特性、16S r DNA序列比对和磷脂脂肪酸图谱,对该菌株进行鉴定。通过氯仿萃取抽提、高效液相色谱分析,确定菌株PA1201在PPM培养基和黄豆粉培养基中申嗪霉素和吩嗪-1-酰胺的产量。【结果】菌株PA1201能有效抑制水稻纹枯病菌和水稻白叶枯病菌的生长,属于铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa sp.PA1201);PA1201产生两种抑菌代谢产物申嗪霉素和吩嗪-1-酰胺,在PPM和黄豆粉培养基中申嗪霉素的产量可达81.7 mg/L和926.9 mg/L,吩嗪-1-酰胺的产量亦可达18.1 mg/L和489.5 mg/L;PA1201产生大量胞外蛋白酶,对人肺腺癌细胞系A549和黑腹果蝇具有一定毒性。【结论】PA1201的申嗪霉素产量比现有生产菌株的出发菌株M18高3-4倍,还能产生另一种抑菌活性更高的衍生物吩嗪-1-酰胺,具有进一步开发的潜力。     

Pseudomonas protegens H78中抗真菌剂藤黄绿菌素的合成及其基因簇分析

假单胞菌株H78是本实验室从油菜根际分离得到的一株生防细菌。通过16S r RNA及藤黄绿菌素(pyoluteorin,Plt)合成基因plt C基因(编码聚酮合成酶)保守区段进行PCR测序,初步确定H78菌株可能属于P.protegens。本研究旨在进一步克隆H78菌株的Plt生物合成基因簇,分析其Plt合成特性以及H78菌株的分类地位。对假单胞菌株H78进行全基因组de novo测序;使用blast工具,分析假单胞菌株H78与P.protegens Pf-5、CHA0、P.aeruginosa M18、LESB58中Plt合成基因簇的同源性;使用KMB培养基对菌体进行发酵,测定菌体生长,对Plt合成进行HPLC测定。假单胞菌H78的Plt合成基因簇与其它4个菌株都存在保守的基因组成与布局,在Plt合成基因编码氨基酸序列上,H78与CHA0、Pf-5菌株的一致性高达99%~100%,其中与CHA0同源性更高;而与铜绿假单胞菌M18及LESB58菌株的一致性相对较低,为52%~88%。在KMB培养基中,假单胞菌株H78中累积合成Plt超过30滋g/m L。H78菌株属于P.protegens,其Plt合成基因簇与P.protegens Pf-5、CHA0具有高度同源性,而铜绿假单胞菌M18、LESB58的Plt基因簇存在不同的进化起源;H78菌株能合成较高水平的Plt,通过进一步研究改造,此菌有潜力成为安全并高效合成Plt的生防菌株。     

假单胞菌株M18 psrA突变株的构建及其对吩嗪-1-羧酸和藤黄绿菌素合成的调控

【目的】假单胞菌M18是一株能同时合成吩嗪-1-羧酸(PCA)和藤黄绿菌素(Plt)两种抗生素的植物根际促生细菌。PsrA为细菌TetR家族转录调控因子。为了研究PsrA对PCA与Plt生物合成的影响,从M18菌株基因组中扩增psrA基因。【方法】通过同源重组技术,构建庆大霉素抗性片段置换psrA的突变菌株M18psrA。利用基因互补、lacZ报告基因融合分析实验,验证PsrA对抗生素合成基因的调控作用。【结果】在PPM和KMB培养基中,分别比较野生型菌株M18和突变菌株M18psrA的PCA与Plt产量,突变菌株M18psrA的PCA产量显著下降;Plt产量显著升高,为野生型菌株的10-15倍。基因互补、lacZ报告基因融合分析,进一步证明了psrA正调控PCA的phz2合成基因簇,负调控Plt的合成基因簇。【结论】PsrA区别性调控抗生素PCA与Plt的生物合成。     

铜绿假单胞菌M18 rsmY突变株的构建及其对PCA和Plt的区别性调控

【目的】在假单胞菌中,小RNA(sRNA)参与初级和次级代谢产物、多种毒素因子以及菌群传感系统的调控,通过在植物根际促生铜绿假单胞菌M18中研究RsmY对吩嗪-1-羧酸(PCA)和藤黄绿菌素(Plt)两种抗生素的调控作用,深入了解假单胞菌中次级代谢的途径并为构建高产抗生素工程菌株提供了一定的理论基础。【方法】运用同源重组技术,构建了铜绿假单胞菌M18株的rsmY突变菌株M18RY,通过基因过表达、lacZ报告基因融合分析实验,进一步验证了RsmY对抗生素合成基因的调控作用。【结果】比较野生型M18和突变株M18RY中PCA和Plt在同一培养条件下的生物合成量,突变菌株M18RY中PCA的产量显著增加,为野生型菌株的5倍左右,而Plt的产量降为野生型的1/8。LacZ报告基因融合分析进一步证明了RsmY对PCA的负调控作用主要是通过phz2基因簇来实现的。【结论】结果表明,rsmY基因区别性调控PCA和Plt的生物合成。     

假单胞菌M18 pqsR突变株的构建及其对藤黄绿菌素合成的调控

假单胞菌M18是一株能同时合成藤黄绿脓菌素(Plt)和吩嗪-1-羧酸(PCA)两种抗生物质的植物根际促生细菌。运用PCR方法, 从M18基因组中扩增得到pqsR基因, 该基因编码LysR家族调控蛋白PqsR。通过同源重组技术, 构建假单胞菌M18的pqsR突变菌株M18PRG。比较野生型菌株M18和突变菌株M18PRG在KMB培养基的Plt产量, 发现M18PRG 菌株合成Plt的量约为野生型M18菌株的3~4倍。在pqsR突变株的反式互补实验中, Plt的产量回复到野生型水平。pltA′-′lacZ翻译融合的测定结果进一步证明PqsR对Plt生物合成基因簇具有负调控作用。分析M18野生型及其pqsR突变株的生长曲线, 发现PqsR对细菌的生长具有抑制作用。另外, 我们还发现pqsR基因调控红色色素的产生。上述结果表明, 在假单胞菌M18中, PqsR作为全局性调控因子参与了细胞内多种生理活动的调控。     

假单胞菌M18中藤黄绿菌素合成限速酶基因的鉴定及表达优化

【目的】假单胞菌株M18中负责抗真菌剂藤黄绿菌素(Plt)合成的结构基因包括pltLABCDEFG、pltM。为了鉴定Plt合成限速酶的基因,分别将9个结构基因过表达。【方法】以M18菌株染色体DNA为模板,PCR扩增这9个Plt合成基因的编码区,分别克隆到穿梭载体pME6032的tac启动子下游,构建9个结构基因的过表达载体,并转入假单胞菌株M18中。在KMB培养基中进行Plt发酵分析。【结果】分别携带pltC、pltD、pltF过表达载体的菌株与携带空质粒的菌株相比,Plt产量分别提高了96%、78%、75%。对重组菌株进行IPTG诱导浓度和诱导时间的优化,确定IPTG最佳诱导浓度为1.0 mmol/L,最佳诱导时间为培养6 h。【结论】pltC、pltD、pltF分别编码的Ⅰ型聚酮合成酶、卤化酶、乙酰CoA合成酶可能为Plt生物合成的限速酶。按照优化条件发酵,携带pltD、pltF过表达质粒的菌株产量分别上升77.5%、159.1%。     

防御假单胞菌双突变体H78ΔrsmA/E中hmgA基因对藤黄绿菌素生物合成的抑制

【背景】防御假单胞菌(Pseudomonas protegens) H78是分离于油菜根际的一株生防菌,其能合成藤黄绿菌素(pyoluteorin,Plt)等多种广谱抗生素,H78的rsmA/E双突变体中Plt合成被完全抑制。【目的】通过转座子诱变技术,筛选H78ΔrsmA/E双突变体中重新激活Plt合成的下游调控因子。【方法】通过同源重组的方法在pltL基因下游插入红色荧光蛋白(redfluorescentprotein,RFP)基因来指示Plt操纵子表达的激活情况;利用转座子随机插入突变、半随机PCR技术筛选并定位目标基因;通过基因回补等方法进一步验证基因功能。【结果】从约2万株H78ΔrsmA/E的转座子突变体中筛选到一株高产Plt和某种黑色素的菌株,并确定其插入位点为hmgA基因,hmgA基因回补能重新抑制H78ΔrsmA/E的Plt合成。【结论】假单胞菌双突变体H78ΔrsmA/E中hmgA基因对Plt的合成存在强烈抑制作用,是潜在的RsmA/E下游调控基因。本研究为进一步阐明Plt合成的调控机制与网络及通过基因工程提高Plt产量奠定了基础。     

假单胞菌H78中全局调控蛋白Crc对Plt生物合成及其基因表达的调控

【目的】研究Pseudomonas protegens H78中全局调控蛋白Crc对藤黄绿菌素(Pyoluteorin,Plt)生物合成及其基因表达的调控。【方法】通过同源重组方法无痕敲除crc基因,并将H78Δcrc突变株与H78野生株在KMB培养基中发酵测定Plt产量;采用lac Z报告分析研究Crc对plt合成基因表达的调控。【结果】突变株H78Δcrc的Plt产量显著下降;Crc在整体水平、转录水平及转录后水平均正调控plt合成基因的表达。【结论】全局调控因子Crc对Plt合成及基因表达表现为正调控作用。     

假单胞菌M-18qscR突变株的构建及其对抗生素合成的调控

在革兰氏阴性菌中,全局性调控因子QscR参与菌群传感调节系统,调节多种毒素因子、次生代谢产物、稳定期基因以及参与生物膜形成的基因的表达,它通过与靶基因DNA启动子的调节元件结合,调节基因转录。假单胞菌株(Pseudomonas sp.)M-18是促进植物生长的根际细菌,能同时分泌藤黄绿菌素(pyoluterion,Plt)和吩嗪-1-羧酸(phenazine-1-carboxylicacid,PCA)。运用同源重组技术,构建了假单胞菌(Pseudomonas sp.)M-18株的qscR突变菌株M-18Q。比较野生株M-18和突变株M-18Q生物合成PCA和Plt的产量,在28℃恒温条件下,在PPM和KMB培养基中M-18Q菌株合成PCA的量分别约为野生型M-18菌株的4～6倍和3～5倍,分别达到480μg/mL和140μg/mL。在PPM培养基中,野生株M-18和突变株M-18Q几乎都没有Plt的合成,而在KMB培养基中,突变菌株和野生型M-18合成Plt的量基本一致。反式互补实验表明,在qscR突变株M-18Q中,PCA生物合成受到抑制而Plt的生物合成却不受影响。phzA基因是吩嗪合成基因簇中第一个基因,phzA‘-’lacZ翻译融合实验表明,qscR基因产物通过抑制PCA合成基因簇的表达,实施负调控作用。结果表明qscR基因是作为一个全局调控基因区别性地调控PCA和Plt的生物合成。     

假单胞菌M18株pltZ基因转录阻抑藤黄绿菌素ABC转运系统

假单胞菌(Pseudomonassp .)M18株的藤黄绿菌素(Pyoluteorin ,Plt )生物合成基因簇下游存在一个Plt生物合成负调控基因pltZ和一个负责Plt分泌及自身抗性的ABC(ATP_bindingcassette)转运系统基因簇。利用启动子探针载体pME6 0 15和pME6 5 2 2分别构建ABC转运基因pltH与lacZ的翻译和转录融合表达质粒pHZLF和pHZCF ,分别引入野生型假单胞菌M18株和pltZ突变菌株M18Z。半乳糖苷酶活性的测定结果表明:在pltZ突变株M18Z中,pltH’-‘lacZ翻译融合表达水平约比野生型提高3 7～8 4倍,pltH’‘lacZ转录融合表达水平显著提高了2 8～7 4倍,表明pltZ能在转录水平上阻抑PltABC转运系统的表达,pltZ很可能通过阻抑PltABC转运系统的表达,间接地负调控Plt的生物合成     

假单胞菌M18调控基因ppbR的克隆及功能研究

假单胞菌(Pseudomonas sp.)M18是促进植物生长的根际细菌,能产生吩嗪-1-羧酸(PCA)和藤黄绿菌素(Plt)两种不同的抗生素.根据生物信息学分析,铜绿假单胞菌PA2572基因编码蛋白可能是一个双元调控系统的应答调节子.本研究从假单胞菌M18基因组中扩增出PA2572同源基因片段ppbR,利用体外定点插入突变和同源重组技术构建了M18的ppbR突变株M18P.研究结果表明,突变株M18P在泳动能力和群集运动能力上有显著的下降.突变株合成PCA的能力比野生型有显著的下降,在发酵液中PCA积累量仅为野生型的50%.在KMB培养基中,突变株Plt的积累量和野生型没有显著的差异.     

Differential Regulation of rsmA Gene on Biosynthesis of Pyoluteorin and Phenazine-1-carboxylic Acid in Pseudomonas sp. M18

Summary Plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) strain Pseudomonas sp. M18 can produce two different types of antibiotics, pyoluteorin (Plt) and phenazine-1-carboxylic acid (PCA). The global regulator RsmA is a translational repressor of secondary metabolism in many prokaryotes. A chromosomally rsmA inactivated mutant strain M18R was constructed to study the regulatory mechanism of Plt and PCA biosynthesis and enhancement of Plt or PCA production in Pseudomonas sp. M18. The accumulation of Plt increased six-fold over that of the wild-type strain whereas PCA production was not significantly affected in cultures of M18R. Plt production was inhibited completely but PCA biosynthesis was not altered after complementation with rsmA gene in trans in the strain of M18R. The differential activity of rsmA gene on these two operons was further confirmed by the analysis of β-galactosidase activities from translational phzA′-′lacZ and pltA′-′lacZ fusion, in which phzA is the first enzyme gene of the phenazine biosynthesis pathway and pltA is the first gene of the pyoluteorin biosynthesis pathway. The results indicate that RsmA can control Plt production negatively but not PCA production in M18, and show that the global regulator RsmA does not repress the biosynthesis of all secondary metabolites.     

假单胞菌M18调控基因ppbR的克隆及功能研究

假单胞菌 (Pseudomonas sp.) M18 是促进植物生长的根际细菌, 能产生吩嗪-1-羧酸 (PCA) 和藤黄绿菌素 (Plt) 两种不同的抗生素。根据生物信息学分析, 铜绿假单胞菌PA2572基因编码蛋白可能是一个双元调控系统的应答调节子。本研究从假单胞菌M18基因组中扩增出PA2572同源基因片段ppbR, 利用体外定点插入突变和同源重组技术构建了M18 的ppbR突变株M18P。研究结果表明, 突变株M18P在泳动能力和群集运动能力上有显著的下降。突变株合成PCA 的能力比野生型有显著的下降, 在发酵液中PCA积累量仅为野生型的50%。在KMB培养基中, 突变株Plt的积累量和野生型没有显著的差异。     

Characterization of a Genomic Region Required for Production of the Antibiotic Pyoluteorin by the Biological Control Agent Pseudomonas fluorescens Pf-5

A 21-kb region required for the biosynthesis of the polyketide antibiotic pyoluteorin by the biological control agent Pseudomonas fluorescens Pf-5 was identified and cloned. Seven previously isolated mutants deficient in pyoluteorin production (Plt(sup-)) had Tn5 insertions spanning the 21-kb region. Sequences flanking Tn5 inserts were cloned from genomic DNA of three Plt(sup-) mutants and used as probes to identify wild-type alleles of the plt loci from a genomic library of Pf-5. Five cosmids containing overlapping regions of genomic DNA hybridized to one or more of the probes. One cosmid, pJEL1938, contained the entire 21-kb region and, when introduced into a Plt(sup-) mutant, partially restored pyoluteorin production. To study the expression of the genes required for pyoluteorin biosynthesis, the transposon Tn3-nice, which contains a promoterless ice nucleation gene (inaZ) and a type I neomycin phosphotransferase gene, was introduced into the genomic plt region of Pf-5. Carbon sources that influenced pyoluteorin production by Pf-5 had parallel effects on ice nucleation activity of Pf-5 containing a genomic plt::Tn3-nice fusion, indicating that inaZ was transcribed from a promoter of the plt region. Cells of Pf-5 containing a genomic plt::Tn3-nice fusion expressed ice nucleation activity on cotton and cucumber seeds planted in field soil. The expression of plt genes by Pf-5 in the cucumber spermosphere was delayed in comparison with expression in the cotton spermosphere. This study demonstrates that genes required for pyoluteorin production were expressed in situ by the biological control bacterium.     

Growth of Metarhizium anisopliae on non-preferred carbon sources yields conidia with increased UV-B tolerance

Conidia of the insect-pathogenic fungus Metarhizium anisopliae var. anisopliae produced on different growth substrates (culture media or insect cadavers) demonstrate reproducibly altered tolerance to UV-B radiation [Rangel, D.E.N., Braga, G.U.L., Flint, S.D., Anderson, A.J., Roberts, D.W., 2004. Variations in UV-B tolerance and germination speed of M. anisopliae conidia produced on artificial and natural substrates. J. Invertebr. Pathol. 87, 77-83]. In the current study, the fungus was grown on potato dextrose agar with yeast extract (PDAY), on minimal medium [(MM)=Czapek medium without saccharose], or on MM with one of 16 different carbon sources. The conidia produced on these media were exposed to UV-B radiation. Great amplitude in phenotypic plasticity for UV-B tolerance was demonstrated, viz., conidia produced under nutritive stress [MM or MM supplemented with non-preferred carbon sources (e.g., fructose, galactose, lactose etc.)] had at least two times higher tolerance than conidia produced on the rich medium (PDAY). Endogenous trehalose and mannitol accumulated at least two times more in conidia produced on MM (or MM with lactose, a non-preferred carbon source), as compared to conidia from MM plus glucose. High accumulations of these two carbohydrates in fungal spores are known to protect them against a wide range of stresses. Sporulation, however, was most profuse on PDAY, second best on MM plus d-mannose and least on MM or MM containing non-preferred carbon sources. Taken together, the results illustrate that nutritive stress generated by MM or MM plus a non-preferred carbon source greatly improved UV-B tolerance, but reduced conidial yield; while, on the other hand, preferred carbon sources improved conidial yield, but reduced UV-B tolerance.