野油菜黄单胞菌中3-羟基脂酰ACP脱水酶功能研究

细菌采用II型脂肪酸系统合成脂肪酸,其中3-羟脂酰ACP脱水酶催化唯一的脱水反应,是细菌生长的关键酶之一.野油菜黄单胞菌(Xcc)引起几乎所有十字花科植物的黑腐病,在全球范围内造成广泛的经济损失.为研究Xcc中3-羟脂酰ACP脱水酶,本研究利用大肠杆菌3-羟脂酰ACP脱水酶FabZ序列同源比对时,发现其与XC_2876 (XcfabZ)编码蛋白具有同源性,序列一致性达到46.1%,同时还具有保守的α螺旋结构和活性位点.将XcfabZ异体遗传互补大肠杆菌fabZ(EcfabZ)条件突变株HW7,结果显示添加IPTG能恢复突变株的生长,初步表明XcFabZ具有3-羟脂酰ACP脱水酶活性.而体外活性分析显示,XcFabZ能在脂肪酸合成的起始反应和延伸反应中发挥3-羟脂酰ACP脱水酶活性作用.本研究不能直接获得XcfabZ基因敲除突变株,但将携带EcfabZ或XcfabZ的表达质粒导入后,获得基因替换突变株,证明XcfabZ是必需基因. EcfabZ替换突变株的脂肪酸组成与野生菌有差异,对逆境条件(高盐、低pH、H_2O_2和SDS)的耐受性显著下降,运动性也显著降低,但XcfabZ替换突变株恢复到野生菌水平,表明XcFabZ与EcFabZ虽然都具有3-羟脂酰ACP脱水酶活性,但在细胞中生理功能可能有一些差别.     

野油菜黄单胞菌中烯脂酰ACP还原酶的功能鉴定

烯脂酰ACP还原酶是细菌脂肪酸合成的关键酶之一.本研究通过生物信息学分析发现,野油菜黄单胞菌Xanthomonas campestris(Xcc)8004基因组中XC_0119(Xccfab V)注释为反-2-烯脂酰Co A还原酶基因.但其编码产物与铜绿假单胞菌的烯脂酰ACP还原酶Fab V具有较高的同源性,并含有相同的催化活性中心Tyr-(Xaa)8-Lys序列.用携带Xccfab V的质粒载体互补大肠杆菌fab I温度敏感突变株JP1111,转化子能在42℃生长,表明Xccfab V能遗传互补大肠杆菌fab I突变.体外重建脂肪酸合成反应表明,Xcc Fab V能催化不同链长的烯脂酰ACP还原为脂酰ACP,且催化活性不受三氯森抑制.遗传学研究表明,Xccfab V是必需基因,不能获得Xccfab V基因敲除突变株.将携带大肠杆菌fab I的外源质粒导入野生菌后,可敲除染色体上的fab V基因,获得的替换突变株生长特性和脂肪酸组成未发生显著变化,但替换突变株对三氯森敏感.上述结果证实,野油菜黄单胞菌fab V是必需基因,编码烯脂酰ACP还原酶,参与脂肪酸从头合成反应,且Fab V是Xcc对三氯森耐受的根本原因.     

野油菜黄单胞菌中3-羟基脂酰ACP脱水酶Fab Z的生理功能

【背景】野油菜黄单胞菌(Xanthomonas campestris pv. campestris, Xcc)引起十字花科植物黑腐病,在全球范围内造成经济损失,亟须深入研究其致病机理,开发新的黑腐病防控措施。细菌脂肪酸合成系统不仅为细胞膜合成提供原料,其中间代谢产物还是许多生物活性分子合成的底物,具有重要的生理功能,也是抗菌药物筛选的重要靶标。【目的】研究XccfabZ对扩散信号分子(diffusible signal factor, DSF)类信号产量、致病力、胞外酶、胞外多糖和运动性等方面的影响。【方法】利用报告菌株检测法分析了不同替换突变株的DSF类群体感应信号产量。利用同源重组原理,在DSF类信号高产菌株中获得替换突变株,利用高效液相色谱(highperformanceliquid chromatography, HPLC)法测定DSF类信号产量。利用剪叶法检测替换突变株对寄主植物甘蓝的致病力,并分析了不同菌株的胞外多糖、胞外酶和运动性差异。【结果】报告菌株检测法和HPLC法都证明大肠杆菌fabZ替换突变株(XccΔfabZ/pSRK-EcfabZ)中DSF类信号产量显著下降。...     

暹罗炭疽菌同源异型盒转录因子CsHtf1的生物学功能

【背景】暹罗炭疽菌(Colletotrichum siamense)是橡胶炭疽病害的主要致病菌,严重制约着天然橡胶产量。在植物致病真菌中广泛存在同源异型盒转录因子,其参与调控真菌无性生殖、侵染和代谢等诸多方面。【目的】明确在暹罗炭疽菌中鉴定的一个同源异型盒转录因子CsHtf1的生物学功能。【方法】利用同源重组的方法获得Cshtf1基因的敲除突变株,并对其营养生长、孢子产生和致病性等表型进行分析。【结果】Cshtf1基因编码600个氨基酸且含有1个HOX结构域;与野生型相比,Cshtf1敲除突变株营养生长和致病性无显著差异,而突变株分生孢子产量显著降低且黑色素产量增加。【结论】CsHtf1参与调控暹罗炭疽菌的分生孢子及黑色素产生。     

溶藻弧菌kdpD基因敲除突变株的构建及其表型特征

【目的】探究kdpD基因对溶藻弧菌生物学特性的影响。【方法】采用Overlap PCR和同源重组技术,结合正负向筛选,构建kdpD基因无标记基因框内敲除突变株,比较kdpD突变株和野生株HY9901在生长速率、胞外蛋白酶活性以及毒力等方面的差异。【结果】成功构建溶藻弧菌kdpD基因敲除突变株。体外实验表明,kdpD的缺失对溶藻弧菌的生长曲线和胞外蛋白酶活性的影响不明显,但是突变株的泳动能力和生物被膜形成能力出现下降。斑马鱼致病性试验结果显示,突变株毒力下降了8.84倍。【结论】kdpD基因参与调控溶藻弧菌的泳动能力、被膜形成和毒力,但不影响生长速率和胞外蛋白酶活性。     

基因编辑技术对大肠杆菌yjjW基因点突变的两步法策略

【目的】为了实现对大肠杆菌靶基因的点突变,本研究将同源重组系统与CRISPR-Cas9技术相结合,探索一种高效、简捷的两步法策略。【方法】将靶基因的上下游同源臂和标记基因(amp)与pKOV质粒连接,获得pKOV-HR重组质粒。将pKOV-HR转化至大肠杆菌,借助其自身RecA重组系统,介导DNA发生同源重组,获得靶基因敲除菌株。随后,靶基因的点突变采用pSGKP-km和pCasKP-apr双质粒系统。首先,设计与amp结合具有定向引导作用的spacer序列,并利用overlap PCR获得带有靶基因点突变的同源臂,将spacer和同源臂与pSGKP-km质粒连接,获得重组质粒pSGKP-km-spacer-HR;接着,将pSGKP-km-spacer-HR和pCasKP-apr质粒转化至上述敲除菌株;最后,利用质粒表达的Cas9切割蛋白和λ-Red重组蛋白,发生DNA同源重组,获得靶基因点突变菌株。【结果】利用上述方法,既成功获得了大肠杆菌yjjW敲除菌株D7ΔyjjW::ampR,又实现了yjjW第24位碱基T到C的点突变,获得点突变菌株D7yjjW-24。【结论】本研究建立了一种高效、简捷的大肠杆菌靶基因点突变方法,amp基因的插入提供了有效的筛选标记,此外该方法建立的重组质粒pSGKP-km-spacer,可应用于同种菌株其他靶基因的点突变,能够缩短后续实验操作,为基因编辑技术的发展提供了科学理论以及实验操作基础。     

天蓝色链霉菌中长链3-酮脂酰ACP合成酶的功能

【背景】链霉菌属于放线菌科,在土壤环境中广泛分布。链霉菌具有复杂的形态分化和多样性的次生代谢网络,能产生大量具有生物活性的次级代谢产物,被广泛深入研究。【目的】天蓝色链霉菌是链霉菌的模式菌株,其脂肪酸合成代谢与次级代谢联系紧密,但目前脂肪酸合成代谢途径还不清楚,其长链3-酮脂酰ACP合成酶还未见报道。【方法】利用大肠杆菌FabF序列进行同源比对,发现天蓝色链霉菌A3(2)的基因组中,SCO2390(ScoFabF1)、SCO1266(ScoFabF2)、SCO0548(ScoFabF3)和SCO5886 (ScoRedR)具有较高的相似性,并具有保守的Cys-His-His催化活性中心,可能具有长链3-酮脂酰ACP合成酶活性。采用PCR扩增方法分别获得以上基因,连入表达载体pBAD24M后分别互补大肠杆菌fabB(ts)突变株和fabB(ts)fabF双突变株,并检测转化子的生长情况。以上基因与pET-28b连接后,在大肠杆菌BL21(DE3)中表达,并利用Ni-NTA纯化获得蛋白,体外测定其催化活性。将以上基因分别互补大肠杆菌fabF突变株后,GC-MS测定互补株的脂肪酸组成。【结果】4个同源基因中,只有ScofabF1能恢复fabB(ts)fabF双突变株42°C时在添加油酸条件下的生长,其他3个基因均不能恢复生长。而这4个基因都不能恢复fabB(ts)突变株42°C时生长。体外活性测定ScoFabF1具有长链3-酮脂酰ACP合成酶活性,其他3个蛋白都不具有该活性。仅ScofabF1能显著提高大肠杆菌fabF突变株的顺-11-十八碳烯酸(C18:1)比例,其他3个基因都不具有该功能。【结论】天蓝色链霉菌中ScofabF1编码长链3-酮脂酰ACP合成酶II,在脂肪酸利用过程中发挥重要作用。天蓝色链霉菌中没有发现编码长链3-酮脂酰ACP合成酶I的基因,其可能通过其他途径合成少量的不饱和脂肪酸。以上研究结果为进一步研究天蓝色链霉菌中脂肪酸合成机制奠定了基础。     

高致病性2型猪链球菌IV型样分泌系统virB1-89K基因的敲除及其对毒力的影响

摘要:【目的】构建高致病性2 型猪链球菌IV 型样分泌系统virB1-89K基因的敲除株和互补株,研究virB1-89K基因缺失对细菌毒力的影响。【方法】通过同源重组技术敲除virB1-89K基因,多重PCR筛选敲除株并测序鉴定。再将virB1-89K基因克隆到穿梭质粒pSET1后转入virB1-89K敲除株中,构建互补株。比较野生株05 ZYH33、突变株△virB1-89K和互补株CvirB1-89K三者基本生物学特性的差异,小鼠实验分析virB1-89K基因敲除后对细菌毒力的影响。【结果】成功构建突变株△virB1-89K和互补株CvirB1-89K,在基本生物学性状无明显改变的情况下,敲除株的毒性降低到野生株的30%,互补株可恢复其毒性。【结论】virB1-89K基因作为2型猪链球菌高致病性菌株05 ZYH33的IV样分泌 系统的重要组分,与其高致病性密切相关。     

高致病性2型猪链球菌毒素-抗毒素系统SezAT的鉴定与活性研究

【目的】对我国高致病性2型猪链球菌05Z33基因组的89K毒力岛序列进行生物信息学分析,发现存在一对与化脓链球菌Epsilon-zeta(ε-ζ)同源的Ⅱ型毒素-抗毒素系统(Toxin-antitoxin system,TA)——SezAT,推测该系统具有稳定89K毒力岛使其不易丢失的作用。验证SezAT为有活性的TA系统。【方法】对SezAT进行了生物信息学分析;RT-PCR验证SezAT共转录特性;在大肠杆菌中选择性地诱导表达毒素蛋白SezT和抗毒素蛋白SezA;最后通过同源重组技术敲除SezAT系统。【结果】sezAT由同一操纵子控制,SezT可抑制细菌生长,SezA可中和SezT的毒性作用,同源重组成功获得sezT敲除突变株。【结论】证实SezAT为一对有活性的毒素-抗毒素(TA)系统,为进一步研究SezAT可能发挥稳定89K毒力岛的功能,同时获得89K毒力岛缺失突变株并深入认识89K在我国高致病性SS2中的作用奠定了基础。     

高致病性2型猪链球菌plcR基因敲除株的构建及其相关生物学特性的研究

【目的】构建高致病性2型猪链球菌05ZYH33菌株plcR基因敲除株,通过比较突变株与野生株生物学特性的差异,研究plcR基因在2型猪链球菌致病过程中的作用。【方法】利用同源重组技术敲除plcR基因,多重交叉PCR及RT-PCR鉴定并测序验证。比较野生株与突变株基本生物学特性的差异,小鼠攻毒实验分析plcR基因缺失对细菌毒力的影响。【结果】经RT-PCR证实05SSU0241与05SSU0242共转录,通过多重交叉PCR及RT-PCR证实成功构建plcR基因缺失突变株,基本生物学特性显示突变株的生长速率、菌落形态、溶血活性均无显著改变,小鼠致病性试验结果显示,野生株攻毒的小鼠死亡率为70%,突变株攻毒的小鼠死亡率为40%,毒力较野生株显著降低。【结论】plcR基因作为2型猪链球菌有毒株基因组中特有的外源基因,在细菌致病过程中具有重要作用。     

双组分系统rcsC基因影响禽致病性大肠杆菌的致病性及相关生物学特性

【目的】双组分系统Rcs感受外界环境变化,并调控细菌的适应性及生存等。本文探讨Rcs双组分系统传感器激酶RcsC对禽致病性大肠杆菌(avian pathogenic Escherichia coli,APEC)相关生物学特性及致病性的影响。【方法】采用Red同源重组的方法构建rcsC基因缺失株,并利用互补质粒构建互补株,然后比较野生株、基因缺失株与互补株的生长特性、运动性、生物被膜、凝集沉淀能力、致病力及毒力基因转录水平的差异。【结果】rcsC基因缺失不影响APEC的生长速度,然而,缺失RcsC导致APEC的运动能力升高、生物被膜形成能力降低和凝集能力增强。凝集试验结果显示rcsC基因有助于APEC的凝集沉降。细胞黏附入侵结果表明,rcsC在APEC侵袭DF-1细胞过程中发挥作用,而对黏附能力无影响。动物感染试验结果表明rcsC基因缺失能显著降低APEC的毒力。荧光定量PCR检测结果表明,rcsC基因缺失株中ompA、aatA、fyuA和luxS基因的转录水平均显著降低,而fimC和tsh基因的转录水平显著升高。【结论】RcsC参与调控APEC的运动性、生物被膜形成、凝集沉降和致病力。     

十字花科黑腐病菌III型效应物XopXccR1植物亚细胞定位

[目的] 植物病原细菌通过III型分泌系统（type III secretion system,T3SS）将III型效应物（type III secreted effectors,T3SEs）分泌转运到宿主细胞的不同位点上,进而行使不同的致病功能。本研究旨在确定Xcc 8004 III型效应物中分子量最大的蛋白XopXccR1在植物中的亚细胞定位。[方法] 利用生物信息学方法分析XopXccR1的跨膜信息。通过同源重组方法将XopXccR1全长、N端（1–1220 aa）和C端（1221–2030 aa）分别克隆到植物表达载体pCAMBIA-2300-35S：：EGFP上,利用根癌农杆菌介导的瞬时表达浸染本生烟,通过激光共聚焦显微镜观察亚细胞定位结果。[结果] XopXccR1全长和N端定位在本生烟细胞膜上,而C端定位在细胞质中。[结论] XopXccR1的N端与C端可能分别存在定位信号,N端信号主导全长蛋白的最终定位。     

大肠杆菌突变株高密度生长的多因素分析

【背景】pBHR68是表达聚-3-羟基丁酸酯(Poly-3-Hydroxybutyrate,PHB)合成基因簇的高拷贝质粒,大肠杆菌K-12突变菌株S17-3在携带该质粒时生长密度高,耐低p H且在低pH条件下生长时高产可拉酸(Colanic Acid,CA)。【目的】系统探究与菌种(大肠杆菌S17-3)及质粒(pBHR68)相关的高密度生长现象的分子机理,提示PHB和CA合成代谢与高密度生长的偶联机制。【方法】解析质粒的构成、CA合成途径基因组成对高密度生长现象的影响;利用全基因组同比分析寻找可能的关键突变基因;开展转录组学分析,筛查大肠杆菌S17-3及其转化子在不同培养方式中的转录组数据,通过基因敲除实现基因功能及细胞生长状态的验证。【结果】大肠杆菌S17-3的高密度生长菌与PHB合成的操纵子的过表达以及rhsA的多位点突变相关,RcsA是CA合成与高密度生长中碳代谢流调控的关键调控蛋白。在低pH培养时,敲除可拉酸合成的关键糖基转移酶导致生物量提升;此外,大肠杆菌S17-3/pBHR68的高密度生长还可能与乳糖操纵子异常的转录调控相关,lacZ突变株高密度生长特性消失,而且无法合成可拉酸。【结论】研究分析了引起大肠杆菌S17-3高密度生长的多种因素,为大肠杆菌提高生长密度现象的进一步分析提供了重要线索,也为利用大肠杆菌S17-3的优异生理特性将其改造为寡糖合成的底盘细胞奠定了研究基础。     

霍乱弧菌ToxS蛋白间的互作增强ToxR蛋白诱导毒力基因的表达

【目的】阐明霍乱弧菌ToxR蛋白功能调控的分子机制。【方法】利用巯基捕获(thiol-trapping)的方法分析DsbA蛋白对ToxR周质空间结构域半胱氨酸残基的氧化作用;采用定点突变的方法构建ToxR半胱氨酸突变株(ToxR_(C236/293S));利用荧光素酶基因作为报告基因分析ToxR野生型(ToxR_(wt))和半胱氨酸突变体(ToxR_(C236/293S))诱导下游基因表达的活性;通过细菌双杂交系统分析ToxR_(wt)和ToxR_(C236/293S)蛋白之间、ToxR与ToxS之间以及ToxS之间的相互作用。【结果】ToxR周质空间结构域半胱氨酸残基确实可以被DsbA蛋白氧化,且当ToxR与ToxS共表达时,ToxR诱导ctxAB转录表达的活性显著增强,且在dsbA基因缺失突变株中ToxR诱导ctxAB转录表达的活性更高;成功构建株霍乱弧菌ToxR半胱氨酸突变株(ToxR_(C236/293S)),在没有ToxS存在的条件下,ToxR_(C236/293S)诱导毒力基因表达的活性与ToxRwt相当;细菌双杂交系统分析发现当ToxR与ToxS共转录表达时,ToxS极大增强ToxR蛋白之间的互作;在dsbA基因缺失突变株中,ToxS之间的相互作用显著增强。【结论】ToxR蛋白本身的氧还状态对其诱导毒力基因表达的活性没有影响;ToxS通过增强ToxR形成二聚体的能力从而增强其诱导毒力基因的表达,而DsbA对ToxS蛋白之间的相互作用具有抑制作用,DsbA通过影响ToxS的蛋白互作从而影响ToxR蛋白的功能。本文为进一步阐明霍乱弧菌毒力基因表达调控的分子机制提供重要的理论依据。     

FtsZ(236-245)区域的两性螺旋特性对大肠埃希氏菌FtsZ组装和功能的影响

【目的】探索大肠埃希氏菌(Escherichia coli,E.coli)FtsZ(236-245)结构域两性螺旋特性对FtsZ组装和FtsZ-FtsA相互作用的影响。【方法】利用分子克隆和定点突变技术,构建FtsZ及其突变体表达载体,亲和纯化获得相应目标蛋白;通过同源重组和Pl转导构建QN23-QN29菌株;利用活细胞成像观察FtsZ及其突变体的胞内定位特点;膜蛋白分离和Western blot分析FtsZ突变体的膜结合特性变化;非变性胶分离和体外聚合分析检测定点突变对FtsZ单体组装特性的影响;免疫沉淀和Far Western blot实验检测FtsZ/FtsZ~*-FtsA间的相互作用。【结果】FtsZ~(E234A/K)和FtsZ~(E241A/K)突变体的功能活性降低、备突变体在E.coli内不能正确定位和形成功能性Z环;E237A/K和E241A/K位点突变致备突变体聚合能力降低、FtsZ*-FtsA的相互作用减弱和FtsZ的膜结合特性变化。【结论】E237和E241是影响FtsZ(236-245)区域两性螺旋特性和FtsZ组装及FtsZ-FtsA相互作用的重要氨基酸。     

Ⅲ型效应子GALA对青枯菌在两种寄主植物上致病性的影响

[目的]研究Ⅲ型效应子GALAs对青枯菌OE1-1在不同寄主植物致病性上的影响。[方法]构建青枯菌OE1-1的多种GALA缺失突变体,通过根切和叶片注射等方法研究GALAs对青枯菌OE1-1致病力和细胞内增殖能力的影响。[结果]GALA多基因缺失突变体对寄主烟草的致病力减弱,在烟草体内细菌繁殖能力较野生型明显降低,但在寄主番茄上不影响其致病性。[结论]GALA效应子对青枯菌OE1-1在烟草植株致病性上展现协同作用。     

鸡源大肠杆菌毒力基因检测及分子流行特征

[目的] 本试验旨在阐明鸡源大肠杆菌致病性及分子流行特性,为探索大肠杆菌流行途径制定合理的防控策略提供新思路。[方法] 2018–2019年在河北省采集病死鸡肝脏样品,通过选择培养基筛选、生化鉴定、血清凝集试验对分离菌株进行系统鉴定,应用PCR方法检测分离株中毒力基因流行情况。参考系统发育群分类方法对大肠杆菌进行分群分析,并参照McMLST网站数据库提供的7对管家基因序列进行多位点序列分型（multilocus sequence typing,MLST）分析。[结果] 结果显示,56株分离株符合大肠杆菌生化特征,分为8个生化表型,B4（30.36%）、B5（25%）和B2（23.21%）为主要生化表型。56株分离株大肠杆菌血清凝集试验均呈阳性,分为11种血清型,O₇₈（26.79%）、O₂（23.21%）、O₁₅₇（17.86%）和O₁（14.29%）为主要流行血清型。56株大肠杆菌共检测出15种肠外大肠杆菌毒力基因,未检出papC、ibeA和ibeB基因。黏附相关基因fimC和抗血清存活因子相关基因ompA携带率为100%。aatA、yijP、irp2、mat、iss,检出率分别为98.21%、98.21%、98.21%、96.43%、92.86%。同时,大肠杆菌与铁转运相关基因iroN、fyuA、iucD、irp2检出率均在80%以上。56株大肠杆菌中有20株属于肠出血型大肠杆菌（enterohemorrhagic E.coli,EHEC）,其次是肠聚集型大肠杆菌（enteroaggregative E.coli,EAEC）（n=4）、肠产毒素型大肠杆菌（Enterotoxigenic E.coli,ETEC）（n=2）。这些菌株D群分离株较多,其次是B2群。通过MLST分型分析,共分为22个ST型,其中ST88（n=7）、ST85（n=6）、ST243（n=6）型为主要流行型。[结论] 结果显示大肠杆菌血清型多样,毒力因子种类繁多,致病性大肠杆菌同时携带多种毒力基因,表明动物源大肠杆菌具有较强的毒力基础。     

bagZH编码酪氨酸酶样铜酶并参与bagremycin生物合成

【目的】研究bagremycin产生菌链霉菌Tü4128中编码酪氨酸酶样铜酶的bagZH基因的功能。【方法】基于同源重组技术敲除bagZH基因,利用HPLC和LC-ESI-MS分析其次级代谢产物谱。在E. coli BL21(DE3)中异源表达BagH并分离纯化,分别以邻氨基酚和3,4-AHBA为底物,利用LC-ESI-MS分析BagH催化产物。【结果】HPLC显示,bagZH基因敲除突变株的bagremycin产量显著降低,回补bagZH基因表达盒后bagremycin产量有所上调。LC-ESI-MS分析bagZH基因敲除突变株的次级代谢产物谱,结果显示,保留时间为3.18 min的新产物分子量为286.32 g/mol,与推测的3,4-AHBA在体内酯化合成的产物分子量吻合。体外生化分析显示,BagH能将邻氨基酚的邻位氨基氧化为亚硝基(保护基团)。【结论】本文首次鉴定了bagZH基因编码的酪氨酸酶样铜酶参与bagremycin生物合成。BagH负责将3,4-AHBA的邻位氨基氧化为亚硝基(保护基团)避免自身酯化,待与反式对香豆酸衍生物缩合后,再由胞内的还原酶将保护性亚硝基还原为氨基,最终合成bagremycin A和bagremycin B。我们的研究结果为bagremycin作用机制的深入研究以及高产菌株的理性设计与改造提供了基础和参考。