绿针假单胞菌HT66中ompR基因的功能

【背景】植物根部存在大量对植物生长有促进或对病原菌有拮抗作用的有益细菌,是当前农业微生物研究的热点之一。其中,绿针假单胞菌HT66是一株可高效合成吩嗪-1-甲酰胺(PCN)的环境友好型生防菌株。【目的】探究在绿针假单胞菌HT66中ompR基因的生理功能,以及其对菌株生防作用的影响。【方法】通过基因无痕敲除的方法构建HT66菌株的ompR基因缺失突变株,对比研究突变株与野生株在生长速率、渗透压感应、生物膜的合成、pH耐受性、群集运动和PCN产量的变化。【结果】与野生株相比,ompR基因缺失突变株的细胞生物量微量减少,生物膜的合成减少31.5%,群集运动以及对渗透压和pH的耐受性明显下降,但是其PCN产量较野生株提高了57.8%。【结论】在HT66菌株中,ompR基因对其运动性、环境耐受性和生理生防功能均有一定程度的调控作用。本研究丰富了绿针假单胞菌的代谢通路,此报道将对后续PCN合成机制的研究和应用提供一定的理论依据。     

生防绿针假单胞菌HT66中脂肽的鉴定与功能

【目的】脂肽(Lipopeptide,LP)是微生物合成的一类重要的生物表面活性剂,不仅影响细菌的生物学功能,还对多种植物和人类病原菌具有广谱的拮抗作用。然而至今未见绿针假单胞菌(Pseudomonas chlororaphis)中脂肽产物的报道。【方法】通过生物信息学手段预测绿针假单胞菌HT66中脂肽的氨基酸组成及顺序,构建脂肽合成基因缺失突变株HT66Δclp,根据突变株缺失代谢产物的UPLC/QTOF-MS信息验证预测结果,并研究了脂肽对该菌株的生长、吩嗪-1-甲酰胺(PCN)合成、生物膜形成和群集运动性的影响。【结果】预测菌株HT66的脂肽氨基酸顺序为L-Leu–D-Glu–D-allo-Thr–D-Val–L-Leu–D-Ser–L-Leu–D-Ser–L-Ile,通过比对野生型和突变株代谢产物的质谱信息确定该产物为黏液菌素(Viscosin);脂肽合成基因缺失后,菌株HT66的生长无明显变化,但其PCN合成、生物膜形成和群集运动性均有不同程度地下降。【结论】菌株HT66的脂肽产物为黏液菌素,对菌株的代谢、生物膜形成和运动性等生物学功能具有重要的调控作用。研究报道了绿针假单胞菌中一种脂肽分子的结构与功能,为研究其合成和调控机制及开发和应用奠定了基础。     

rpoS基因插入突变对铜绿假单胞菌两个吩嗪合成基因簇的调控

【目的】为了研究铜绿假单胞菌rpoS基因对吩嗪(Phenazine)合成基因簇phz1和phz2的调控方式与机制。【方法】采用抗庆大霉素基因(gentamycin resistance cassette,aacC1)插入失活的策略构建了rpoS基因突变株PA-SG;同时利用lacZ的翻译融合表达载体pME6015,构建了phz1′-′lacZ和phz2′-′lacZ翻译融合表达载体pMEZ1和pMEZ2。采用电转化法分别将pMEZ1、pMEZ2和pME6015导入铜绿假单胞菌突变株PA-SG和野生株PAO1,用Miller法检测融合β-半乳糖苷酶活性。【结果】在KMB或PPM培养基中,pMEZ1在突变株PA-SG中的表达均增强,为野生株的4-5倍;而pMEZ2在突变株PA-SG中的表达均降低,野生株是突变株的2-3倍。【结论】由此推测,铜绿假单胞菌rpoS基因对两个不同吩嗪合成基因簇的调控作用具有特异性,在一定程度上,rpoS负调控phz1,正调控phz2。     

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株pltZ基因转录阻抑藤黄绿菌素ABC转运系统

假单胞菌（Pseudomonas sp.）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_binding cassette）转运系统基因簇。利用启动子探针载体pME6015和pME6522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’-‘lacZ翻译融合表达水平约比野生型提高3.7～8.4倍,pltH’‘lacZ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Plt ABC转运系统的表达,pltZ很可能通过阻抑Plt ABC转运系统的表达,间接地负调控Plt的生物合成。     

绿针假单胞菌HT66中luxR_19对吩嗪-1-甲酰胺合成的影响

旨在研究调控基因lux R_19对绿针假单胞菌HT66中的抑菌物质吩嗪-1-甲酰胺(phenazine-1-carboxamide,PCN)合成及菌体生长的影响,通过分子操作构建了lux R_19基因敲除株、回补菌株、过表达菌株以及lux R_19(G85A)点突变菌株,检测了目标菌株生长曲线、PCN发酵结果、细菌泳动性与从动性等。结果显示,将lux R_19敲除后PCN产量明显降低,对lux R_19基因进行过表达,发现能够将PCN产量提高2倍;lux R_19对于吩嗪合成的多个调控基因以及合成基因表达均产生影响;lux R_19的敲除对HT66的生长及泳动性不产生影响,而对细菌的从动性有一定的促进作用;lux R_19(G85A)点突变菌株吩嗪产量较野生型相差很小。结果表明,lux R_19对PCN的合成为正调控基因,一定程度上影响HT66的从动性,第254位碱基突变对PCN合成产量不产生影响。     

铜绿假单胞菌水解弹性蛋白能力相关基因的筛选与鉴定

【目的】研究铜绿假单胞菌弹性蛋白水解能力相关基因。【方法】应用人工Mu转座技术构建铜绿假单胞菌野生型菌株PA68的转座突变文库,从2000多个突变子中筛选得到4株弹性蛋白水解能力改变的突变子,并通过克隆及测序获得转座子插入位点侧翼的序列。将铜绿假单胞菌弹性蛋白酶结构基因lasB的转录启始区序列整合入载体pDN19lacΩ并将该重组质粒电转化入野生型菌株PA68及4个突变株中,对报告基因在不同菌株中的表达水平进行测定。【结果】发现4个突变株中Mu转座子分别插入lasA、galU、xcpZ和ptsP 4个基因。ptsP基因失活的突变株中,lasB基因的转录水平是野生型菌株的7%,xcpZ和lasA基因的失活使lasB基因的转录水平分别降低为野生株的54%和75%,galU基因的插入失活使lasB基因的转录上升了1倍。【结论】推测ptsP和galU基因很可能直接或间接地调控着弹性蛋白酶的生物合成。     

青枯雷尔氏菌胞外多糖合成缺失突变株构建及其生物学特性

【目的】由青枯雷尔氏菌(Ralstonia solanacearum)引起的植物青枯病是一种毁灭性土传病害。胞外多糖(extracellular polysaccharides,EPS)是青枯雷尔氏菌关键的致病因子之一。通过构建胞外多糖缺失突变株,研究胞外多糖在青枯病致病中的作用。【方法】从青枯雷尔氏菌FJAT-91的基因组中克隆出胞外多糖合成结构基因epsD同源臂,克隆至自杀性质粒p K18mobsacB,再将庆大霉素抗性基因(Gm)插入同源臂中间,获得重组质粒p K18-epsD。将重组质粒转化至青枯雷尔氏菌FJAT-91感受态细胞中,通过同源重组敲除epsD基因,获得EPS合成缺失的突变株FJAT-91Δeps 。研究突变株与野生菌株在菌落形态、胞外多糖合成、运动能力、定殖能力的差异性。【结果】突变菌株FJAT-91ΔepsD与出发菌株FJAT-91相比:胞外多糖产量显著减少,生长较慢;泳动能力(swimming motility)和群集运动能力(swarming motility)显著降低;在番茄苗根部和茎部的定殖能力显著降低;弱化指数(AI)为0.905,鉴定为无致病力菌株。【结论】胞外多糖在青枯雷尔氏菌的致病中起着关键的作用,本课题研究成果为开发植物疫苗提供了优良的材料与研究基础。     

铜绿假单胞菌PAO1 ku基因缺失菌株的构建及其对生物被膜耐药性的影响

【背景】铜绿假单胞菌是常见的条件致病菌,易形成生物被膜,具有基因突变率高、耐药性强的特点。非同源末端连接是DNA双链断裂的主要修复途径之一,修复过程会导致DNA突变产生。【目的】研究非同源末端连接对生物被膜中的铜绿假单胞菌基因突变率和耐药性的影响。【方法】通过基因无痕敲除的方法构建PAO1菌株的ku基因缺失突变株Δku并构建其回补株。对比研究突变株和野生菌株生物被膜形成能力、生物被膜状态下各菌的基因突变率以及对抗生素的耐受性。通过荧光定量PCR检测生物被膜中PAO1菌株ku基因的表达水平。【结果】各突变株生物被膜形成能力无显著差异;与野生菌株相比,突变株Δku在生物被膜中的基因突变率以及对环丙沙星和庆大霉素的最低抑菌浓度(minimum inhibitory concentration,MIC)下降。荧光定量PCR结果表明,ku基因在生物被膜形成早期转录水平有明显上调。【结论】非同源末端连接修复途径对生物被膜中的铜绿假单胞菌基因突变率以及耐药性的提高有一定的作用。本研究将为后续进一步阐释铜绿假单胞菌耐药产生机制提供一定的理论依据。     

转录调节因子σ~(38)介导铜绿假单胞菌绿脓菌素合成代谢调控

【目的】为了进一步鉴定铜绿假单胞菌转录调控因子σ~(38)对2个拷贝吩嗪合成基因簇(phz A1-G1和phz A2-G2)的具体调控方式并推定介导绿脓菌素合成代谢的可能调控机制。【方法】根据铜绿假单胞菌基因组信息,利用同源重组原理构建rpo S基因缺失突变株Δrpo S以及克隆全长rpo S基因作互补分析;再以单一吩嗪基因簇缺失突变株Δphz1和Δphz2为出发菌株,分别构建rpo S缺失突变株Δrpo Sphz1和rpo S插入突变株Δrpo Sphz2,测定并比较野生株及相关突变株的绿脓菌素合成量,初步推定σ~(38)因子对2个不同吩嗪基因簇表达的调控方式。【结果】在GA培养基中,突变株Δrpo S的绿脓菌素合成量比野生株显著增加;互补分析证实,σ~(38)可使突变株Δrpo S的绿脓菌素降低并接近野生株PAO1水平;与对照株Δphz1相比,突变株Δrpo Sphz1的绿脓菌素合成量因σ~(38)因子缺失而显著减少;而与对照株Δphz2相比,突变株Δrpo Sphz2的绿脓菌素合成量因σ~(38)因子缺失显著增加。【结论】转录调控因子σ~(38)对铜绿假单胞菌绿脓菌素的合成代谢的确具一定的负调控作用;结合已报道的研究结果,初步推定:σ~(38)因子通过负调控吩嗪基因簇phz1,正调控吩嗪基因簇phz2的表达实现对绿脓菌素合成代谢的调控。     

铜绿假单胞菌PAO1中c-di-GMP代谢相关基因PA0575对表型的影响

【背景】铜绿假单胞菌PAO1中存在与环鸟苷二磷酸(cyclic-di-guanosine monophosphate,c-di-GMP)代谢相关基因PA0575。【目的】探讨铜绿假单胞菌PAO1中环鸟苷二磷酸代谢相关基因PA0575对运动能力及生物膜的影响。【方法】通过PCR对菌株遗传背景进行确认;利用刚果红结合实验及电转PcdrA-gfp质粒间接测量胞内c-di-GMP水平;利用泳动性(swimming)、蜂群泳动(swarming)、蹭行运动(twiching)和生物膜定量实验对细菌进行表型分析,并在运动培养基中添加抗生素研究其对运动能力的影响;针对PA0575基因进行融合蛋白表达载体的构建,并对蛋白进行原核诱导表达。【结果】3株突变体菌株的转座子插入突变位点不一致,胞内c-di-GMP水平检测结果显示,PA0575-1菌株的c-di-GMP含量高于野生型PAO1菌株(P0.05),PA0575-2、PA0575-3菌株胞内c-di-GMP水平与野生型PAO1菌株无差异(P0.05)。运动能力检测实验中,与野生型PAO1菌株相比,PA0575-1菌株泳动性增强(P0.05);PA0575-2、PA0575-3菌株的泳动性、蜂群运动均增强(P0.05);该基因不同位点的突变均导致氯霉素对菌株的运动能力产生抑制作用。生物膜定量结果显示,与野生型PAO1菌株相比,细菌培养18 h后PA0575-1的生物膜含量降低(P0.05),PA0575-2、PA0575-3菌株的生物膜含量升高。最后成功构建了PA0575基因不同结构域的8个表达载体,并获得了异源表达蛋白。【结论】PA0575基因降低铜绿假单胞菌胞内c-di-GMP的水平,影响表型的同时也抑制了氯霉素抗性基因的表达。以上研究为PA0575基因对表型的影响奠定了基础。     

胡萝卜软腐果胶杆菌鞭毛钩基因flgK 的功能

【目的】为了研究鞭毛钩基因flgK在胡萝卜软腐果胶杆菌胡萝卜亚种(Pectobacterium carotovorum subsp.carotovorum,P.c.c)的功能。【方法】本研究采用两亲同源交换法构建了基因缺失突变体ΔflgKpcc并构建了互补菌株ΔflgKpcc-KH,测定突变体及其互补菌株的菌体形态、运动性、致病因子、致病性等表型。【结果】与野生菌株PccS1相比,ΔflgKpcc鞭毛缺失,菌体易沉降,在0.3%半固体培养基上运动能力明显降低,生长速率无明显变化,但是纤维素酶和蛋白酶的活性、生物膜形成能力明显下降,对感病寄主的致病力显著减弱。基因互补可以使上述突变表型恢复。【结论】实验表明,鞭毛基因flgK突变导致了菌体的运动性降低、病原菌毒性相关的酶活力下降,从而导致致病力下降。     

M60家族肽酶参与调控蜡质芽胞杆菌AR156防治南方根结线虫病的作用机制

【背景】南方根结线虫(Meloidogyne incognita)寄主范围广泛,能侵染茄科、豆科、葫芦科等蔬菜,对世界农业生产造成了严重危害,每年造成的损失可高达数百亿美元。蜡质芽胞杆菌(Bacillus cereus) AR156是一种革兰氏阳性杆状细菌,对于南方根结线虫引起的土传病害有较好的防治效果,并且已经完成了全基因组测序。【目的】了解AR156对南方根结线虫的生防机理,寻找与生防功能相关的基因,进行遗传功能基因的分析。【方法】构建蜡质芽胞杆菌AR156 miniTn10随机插入突变体文库,通过对南方根结线虫致死率和温室防病试验进行筛选,找到与AR156生防能力相关的突变体,鉴定相关功能基因,并对产蛋白酶活性、定殖能力、生物膜形成和游动性等方面进行检测。【结果】与AR156野生型相比,转座子插入位点在M60家族肽酶的突变体BC41产蛋白酶活性下降,植物根围定殖能力减弱,生物膜形成能力和游动性受到影响,从而导致其防治南方根结线虫的能力降低。【结论】通过对生防相关功能基因的分析,初步明确M60家族肽酶在蜡质芽胞杆菌AR156防治南方根结线虫的过程中发挥重要作用。     

鼠伤寒沙门菌rtsB基因缺失株的构建及其生物学特性

【背景】鼠伤寒沙门菌(Salmonella typhimurium)是一种重要的人畜共患病原菌,严重危害养殖业及人类健康。调控蛋白在病原菌的生存及感染过程中发挥重要作用。【目的】构建鼠伤寒沙门菌调控基因rtsB缺失株和互补株,分析调控蛋白RstB对鼠伤寒沙门菌生物学特性和致病性的影响。【方法】利用Red同源重组的方法构建鼠伤寒沙门菌SAT52的rtsB基因缺失株,并利用互补质粒构建互补株。然后比较分析野生株SAT52、缺失株?rtsB和互补株C?rtsB的生长特性、运动性、生物被膜形成能力、黏附入侵能力、胞内存活能力及致病性的差异。【结果】缺失rtsB基因不影响SAT52的生长速度,但导致运动能力增强,生物被膜形成能力减弱。细胞感染试验结果表明,rtsB基因有助于鼠伤寒沙门菌对Hela细胞的黏附入侵及RAW264.7细胞内的存活。动物试验结果表明rtsB基因缺失显著降低鼠伤寒沙门菌的致病力。【结论】rtsB基因在鼠伤寒沙门菌感染过程中发挥重要作用,可为阐释鼠伤寒沙门菌的致病机制提供参考。     

肺炎克雷伯菌KP1＿4563基因突变株的构建及其生物膜表型分析

KP1_4563基因是肺炎克雷伯菌NTUH-K2044中假设的蛋白编码基因,与Ⅲ型菌毛的功能有关。本实验首先采用同源重组基因敲除方法构建肺炎克雷伯菌KP1_4563基因缺失的突变株(Kp-△4563),然后PCR扩增KP1_4563基因片段,克隆到质粒p BAD33上,将重组质粒导入Kp-△4563获得回补株(Kpc-△4563)。分别测定野生株、突变株、回补株用普通LB培养基,改良Minka培养基以及含胆汁盐的LB培养基培养时生物膜形成能力,以此来探讨KP1_4563基因以及不同培养基对肺炎克雷伯菌体外生物膜形成的影响。我们成功构建KP1_4563基因缺失的突变株和回补株Kpc-△4563。与野生株相比,突变株Kp-△4563生物膜形成能力减弱,回补株介于野生株和突变株之间。使用改良Minka培养基使菌株菌毛化以及加入胆汁盐可以增加生物膜的形成能力。这些分析表明肺炎克雷伯菌KP1_4563基因能正调控细菌生物膜的形成。体外培养使细菌菌毛化以及加入胆汁盐可以促进生物膜的形成。     

A GacS deficiency does not affect Pseudomonas chlororaphis PA23 fitness when growing on canola, in aged batch culture or as a biofilm

Pseudomonas chlororaphis PA23 is a biocontrol agent that protects against the fungal pathogen Sclerotinia sclerotiorum. Employing transposon mutagenesis, we isolated a gacS mutant that no longer exhibited antifungal activity. Pseudomonas chlororaphis PA23 was previously reported to produce the nonvolatile antibiotics phenazine 1-carboxylic acid and 2-hydroxyphenazine. We report here that PA23 produces additional compounds, including protease, lipase, hydrogen cyanide, and siderophores, that may contribute to its biocontrol ability. In the gacS mutant background, generation of these products was markedly reduced or delayed with the exception of siderophores, which were elevated. Not surprisingly, this mutant was unable to protect canola from disease incited by S. sclerotiorum. The gacS mutant was able to sustain itself in the canola phyllosphere, therefore, the loss of biocontrol activity can be attributed to a reduced production of antifungal compounds and not a declining population size. Competition assays between the mutant and wild type revealed equivalent fitness in aged batch culture; consequently, the gacS mutation did not impart a growth advantage in the stationary phase phenotype. Under minimal nutrient conditions, the gacS-deficient strain produced a tenfold less biofilm than the wild type. However, no difference was observed in the ability of the mutant biofilm to protect cells from lethal antibiotic challenge.     

茎瘤固氮根瘤菌环二鸟苷酸代谢相关基因的功能鉴定

【目的】考察茎瘤固氮根瘤菌ORS571中c-di-GMP合成酶AZC-2412的编码基因缺失的突变表型,初步探究其功能机理。【方法】本实验构建基于cre-loxp重组酶系统的根瘤菌基因敲除系统,以及采用三亲接合技术构建突变株。测定野生型和突变株的生长速率、趋化能力、胞外多糖产量、生物膜形成等表型。【结果】突变株与野生型生长速率几乎相同。与野生型相比突变株由于细胞内c-di-GMP水平降低,胞外多糖、生物膜产量等均有所下降。【结论】实验表明,环二鸟苷酸合成酶AZC-2412缺失,使得c-di-GMP水平降低,对胞外多糖生成、细菌的运动能力、生物膜的形成、细胞絮凝、与植物的互作等均有调控作用。     

Motility and chemotaxis in Agrobacterium tumefaciens surface attachment and biofilm formation

Bacterial motility mechanisms, including swimming, swarming, and twitching, are known to have important roles in biofilm formation, including colonization and the subsequent expansion into mature structured surface communities. Directed motility requires chemotaxis functions that are conserved among many bacterial species. The biofilm-forming plant pathogen Agrobacterium tumefaciens drives swimming motility by utilizing a small group of flagella localized to a single pole or the subpolar region of the cell. There is no evidence for twitching or swarming motility in A. tumefaciens. Site-specific deletion mutations that resulted in either aflagellate, flagellated but nonmotile, or flagellated but nonchemotactic A. tumefaciens derivatives were examined for biofilm formation under static and flowing conditions. Nonmotile mutants were significantly deficient in biofilm formation under static conditions. Under flowing conditions, however, the aflagellate mutant rapidly formed aberrantly dense, tall biofilms. In contrast, a nonmotile mutant with unpowered flagella was clearly debilitated for biofilm formation relative to the wild type. A nontumbling chemotaxis mutant was only weakly affected with regard to biofilm formation under nonflowing conditions but was notably compromised in flow, generating less adherent biomass than the wild type, with a more dispersed cellular arrangement. Extragenic suppressor mutants of the chemotaxis-impaired, straight-swimming phenotype were readily isolated from motility agar plates. These mutants regained tumbling at a frequency similar to that of the wild type. Despite this phenotype, biofilm formation by the suppressor mutants in static cultures was significantly deficient. Under flowing conditions, a representative suppressor mutant manifested a phenotype similar to yet distinct from that of its nonchemotactic parent.     

VI型分泌系统2核心组分VgrG对禽致病性大肠杆菌致病性的影响

【目的】构建禽致病性大肠杆菌(Avian pathogenic Escherichia coli,APEC)VI型分泌系统2(Type VI secretion system 2,T6SS2)结构基因vgrG缺失株,研究其对APEC生物学特性及致病性的影响。【方法】通过Red同源重组方法构建DE719菌株vgrG基因缺失株,并利用低拷贝质粒pSTV28构建互补株。比较分析野生株、缺失株与互补株的生长特性、运动性、生物被膜形成能力、黏附侵袭能力、动物致病力等差异。【结果】vgr G基因缺失不影响DE719的生长速度、运动能力及生物被膜形成能力。致病性试验表明缺失vgrG导致体内定殖能力及致病力显著下降,然而对DF-1细胞的黏附能力增强。【结论】T6SS2核心组分VgrG在APEC感染过程中发挥重要作用,为了解APEC的致病作用提供参考。