温度对假单胞菌rsmA突变株M-18R合成Plt和PCA的区别性影响

次生代谢物阻遏蛋白 (Repressorofsecondarymetabolite ,Rsm)A是一种全局性调控因子 ,与Mrna的RBS结合 ,转录后水平上抑制基因翻译。运用同源重组技术 ,构建了假单胞菌 (Pseudomonas sp .)M-18的rsmA突变菌株M-18R。在 37℃、28℃恒温和短期升温 (37℃、4h培养 ,转 28℃继续培养 )条件下 ,比较野生株M-18和突变株M_18R生物合成藤黄绿菌素 (Plt)和吩嗪-1-羧酸 (PCA)的量。在 37℃条件下 ,M-18和M-18R合成这两种抗生物质的能力几乎受到完全抑制。在28℃条件下 ,M-18R合成Plt的量约为野生型M-18的 10倍 ,达到 270 μg /Ml ,但是合成PCA的量仅为野生型的 50%。经短期升温培养 ,M-18的Plt合成量明显下降 ,PCA产量降低不显著 ;相反 ,M-18R合成Plt的量达到 400μg/Ml ,但PCA产量的变化仍不明显。推测 ,M-18菌株细胞内存在着某种与RsmA相关联的温度敏感因子 ,在RsmA缺失条件下 ,作为专一性激活剂促进Plt的生物合成 ,但是 ,并不参与对PCA合成的调控。     

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。     

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。     

假单胞菌gacA插入突变对藤黄绿脓菌素和吩嗪-1-羧酸合成代谢的差异性调控

假单胞菌株M18分泌藤黄绿脓菌素 (Pyoluteorin ,Plt )和吩嗪 1 羧酸 (Phenazine 1 carboxylicacid ,PCA)并抑制多种植物病菌的生长。从M18中克隆双基因调控系统gacS gacA的组成基因gacA ,并构建了该基因抗性插入突变株M18G。在KMB培养基中 ,M18G合成Plt的能力受到完全抑制 ,而PCA的积累约比野生型提高 31倍左右。Plt合成基因簇突变株M18T和在M18G基础上构建的PCA合成基因簇突变株M18GA的Plt和PCA合成的动力学变化表明 ,在M18G菌株中 ,Plt合成的抑制并不引起PCA的过量积累 ,PCA的过量积累也不引起Plt合成的抑制。由此推测 ,gacA在基因表达的水平上全局性地执行着调控功能     

假单胞菌M18菌株的PltR因子特异性正调控藤黄绿菌素合成

经生物信息学分析, 在假单胞菌M18(Pseudomonas sp. M18)菌株的藤黄绿菌素(pyoluteorin, Plt)生物合成基因簇上游定位了一个属于LysR家族的调控因子编码基因pltR. 运用同源重组技术, 构建了pltR失活的突变菌株M18TRG, 在King’s B培养基中, 与野生型菌株相比, Plt合成能力下降了70%, 而吩嗪-1-羧酸(phenazine-1-carboxylic acid, PCA)的合成能力不受影响. 反式互补pltR的突变株能回复Plt的合成能力达到野生型水平. 在菌株M18中过表达pltR, Plt产量提高13倍, PCA产量没有改变. 这些结果表明pltR基因表达产物是Plt生物合成的特异性正调控因子. 在野生型菌株M18和不产Plt的突变株M18T中, pltR基因表达量无显著差异, 表明pltR基因的表达不受Plt调控. 与野生株相比, 突变株M18TRG中的转录融合plt-lacZ表达量显著降低, 表明PltR对Plt的正调控作用主要发生在转录水平上. 对pltR基因在gacA突变株M18G和rsmA突变株M18R中的表达量的进一步研究发现, PltR参与了gacA基因对Plt的合成的正调控, 但不参与rsmA基因对Plt合成的负调控.     

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。     

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M18rsmA-突变株的构建及其对Plt和PCA合成的区别性调控作用

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)两种不同的抗生素抑制植物病原菌,保护植物免受病害。运用PCR方法,从M18基因组中,扩增出rsmA基因部分片段,并以该片段为探针,从M18的基因组柯斯文库中筛出阳性克隆,切取带有rsmA基因及两侧序列的1．5kb片段,中间插入编码Km‘的DNA片段,获得rsmA^-体外突变体。运用同源重组剔除技术,构建了M18菌株的rsmA突变株M18R^-。突变株M18R^-生物合成Plt的能力比野生型M18提高4倍,但是,PCA产量仅为野生型的20％。研究结果表明,全局性调控基因rsmA可能通过不同的机制区别性地影响Plt和PCA的生物合成。     

假单胞菌M18调控因子GacA与RsmA的相关性及对抗生物质合成代谢调控机制的分析

假单胞菌M18是一株可同时合成并分泌吩嗪-1-羧酸(Phenazine-1-carboxylic acid,PCA)和藤黄绿脓菌素(Pyoluteorin,Plt)两种抗生物质的生防菌株。为了进一步研究假单胞菌M18抗生物质合成代谢的调控方式与机制,在分别构建gacAr、smA等单基因突变株基础上,又构建了gacArsmA双基因突变株M18GR以及gacA′-l′acZ和rsmA′-′lacZ等翻译融合表达载体(pMEGA和pMERA)。通过在PPM和KMB两种培养基中发酵培养和两种抗生物质PCA和Plt的HPLC定量测定显示,双突变株M18GR的PCA和Plt的合成量不论在PPM还是在KMB培养基中都介于单突变株M18G和M18R之间。由实验结果分析推测,两种调控因子对抗生物质合成的调控作用不是发生在转录水平,很可能发生在转录后水平。由β-半乳糖苷酶的定量分析表明,在假单胞菌M18中,两种调控因子不存在自诱导机制;虽然GacA未调控RsmA的合成,但RsmA可能部分正向调控GacA的表达。     

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.     

RNA聚合酶σ^38亚基缺失对假单胞菌抗生物质合成代谢的影响

设计引物从假单胞菌M18基因组DNA中扩增并获得rpoS基因的378bp保守区段。以此为探针,从假单胞菌基因组文库中克隆了包括rpoS基因全序列及其相邻序列的3·1kbEcoRⅠ-XhoⅠ片段。通过抗性基因(抗庆大霉素基因)的定点插入构建了σ38亚基缺失突变株M18S。HPLC检测结果显示,σ38亚基缺失引起该菌株的抗生物质合成代谢的显著变化。与野生株相比,缺失突变株的吩嗪-1-羧酸在PPM和KMB中2种培养基中合成量由58μg/mL和10·2μg/mL分别减少到20·4μg/mL和0μg/mL;而缺失突变株的藤黄绿脓菌素则相反,在PPM和KMB两种培养基中合成量由0·5μg/mL和20·5μg/mL分别提高到75·4μg/mL和185·6μg/mL。表明σ38亚基可区别性调控假单胞菌M18的抗生物质合成代谢。rpoS基因的互补实验和两种抗生素基因与β-半乳糖苷酶基因的翻译融合表达实验进一步验证了上述的结果:σ38亚基正调控吩嗪-1-羧酸的表达,而负调控藤黄绿脓菌素的表达。     

Positive regulation of pyoluteorin biosynthesis in Pseudomonas sp. M18 by quorum-sensing regulator VqsR

The biocontrol rhizobacterium Pseudomonas sp. M18 can produce two kinds of antibiotics, namely pyoluteorin (Plt) and phenazine-1-carboxylic acid (PCA), and is antagonistic against a number of soilborne phytopathogens. In this study, a luxR-type quorum-sensing regulatory gene, vqsR, was identified and characterized immediately downstream of the Plt gene cluster in strain M18. A vqsR-inactivated mutant led to a significant decrease in the production of Plt and its biosynthetic gene expression. However, this was restored when introducing the vqsR gene by cloning into the plasmid pME6032 in trans. The vqsR mutation did not exert any obvious influence on the production of PCA and its biosynthetic gene expression and the production of Nacylhomoserine lactones (C4 and C8-HSLs) and their biosynthetic gene rhlI expression. Accordingly, these results introduce VqsR as a regulator of Plt production in Pseudomonas spp., and suggest that the regulatory mechanism of vqsR in strain M18 is distinct from that in P. aeruginosa. In addition, it was demonstrated that vqsR mutation did not have any obvious impact on the expression of Plt-specific ABC transporters and other secondary metabolic global regulators, including GacA, RpoS, and RsmA.