单增李斯特菌hfq基因的克隆及分子特征分析

目的:了解单增李斯特菌(Listeria monocytogenes,LM)SB5野毒株ncRNA伴侣分子hfq基因及其编码蛋白质的分子生物学特征。方法:利用PCR方法对hfq基因进行扩增、克隆及测序,对hfq基因分子特征进行分析,预测其编码蛋白质的二三级结构及功能活性位点,对其进行同源性及遗传变异分析。结果:LM hfq基因全长234 bp,编码77个氨基酸,对推导的Hfq氨基酸序列分析发现从N端到C端包含1个α-螺旋及5个β-折叠,具有RNA结合位点及六聚体结合位点。LM-SB5 hfq基因核苷酸序列与李斯特菌属各菌株同源率为94.5~100%,与其他种属细菌同源率为36.19~62.39%。结论:Hfq蛋白具有RNA的结合位点,可能在细菌ncRNA调节基因表达过程中发挥重要作用。     

维氏气单胞菌hfq基因敲除菌株的构建及鉴定

RNA分子伴侣蛋白Hfq是细菌中普遍存在的全局调控因子,对于细菌的生长增殖、毒性和逆境耐受等都有重要影响。维氏气单胞菌(Aeromonas veronii)是一种新型人—鱼共患条件致病菌,会在水产养殖中造成巨大危害。本研究从维氏气单胞菌基因组DNA中扩增hfq基因上、下游序列,连接到pRE112质粒中,构建敲除质粒pRE112-Δhfq,通过接合转移将敲除质粒从大肠杆菌感受态转入维氏气单胞菌后,基于同源重组原理,利用蔗糖压力筛选得到hfq基因敲除的维氏气单胞菌突变株C4-Δhfq。生长曲线分析表明,hfq基因敲除显著延缓维氏气单胞菌的生长速率,同时,回补hfq使细菌恢复生长。本研究获得的hfq基因敲除菌株,可为进一步研究维氏气单胞菌中Hfq调控因子的功能及其调控机制提供一定帮助。     

鼠伤寒沙门菌小RNA RybB及伴侣蛋白Hfq对孔蛋白OmpD的表达调控

【目的】探究小RNA (small RNA, sRNA) RybB和伴侣蛋白Hfq对沙门氏菌孔蛋白OmpD表达的调控作用。【方法】以鼠伤寒沙门菌(Salmonella Typhimurium, STM)为研究对象,将含有编码β-半乳糖苷酶的lacZ报告基因的pCE40质粒转入ompD基因单缺失菌株中以获得lacZ报告菌株;在此基础上,利用P22噬菌体转导技术分在lacZ报告菌株中构建rybB全序列缺失、hfq全序列缺失、hfq点序列敲除和hfq序列截短以获得双突变实验菌株,以及rybB全序列缺失和hfq全序列缺失的三突变实验菌株。通过β-半乳糖苷酶活性试验和RT-qPCR探究sRNA RybB及伴侣蛋白Hfq对孔蛋白OmpD表达的调控作用。【结果】成功在lacZ报告菌中构建rybB全序列缺失、hfq全序列缺失、hfq点序列敲除和hfq序列截短等双缺失实验菌株,以及rybB全序列缺失和hfq全序列缺失的三突变实验菌株。与野生型(wild type, WT)菌株相比,在lacZ报告菌株中,hfq基因截短为87个氨基酸序列的突变株中的OmpD蛋白活性下调了2.16%,其余实验株OmpD蛋白的β-半乳糖苷酶活性均呈上升趋势。与WT菌株相比,实验菌株ompD基因转录水平除了STM LT2∆ompD::lacZΔhfq65的上调不具有显著性外,其余实验菌株均显著(P<0.05)上调,其中lacZ报告菌株、rybB全序列缺失和hfq全序列缺失的三突变实验菌株ompD基因转录水平上调最明显,为1.83倍。【结论】ompD基因的转录及蛋白表达主要受hfq基因和sRNA RybB的负反馈调节;Hfq的远端面在对ompD基因的转录抑制中起关键作用。通过多个基因突变菌株的构建,阐述了sRNA伴侣蛋白Hfq与孔蛋白OmpD的相互作用关系,探索了Hfq对ompD的调控关键区域,丰富了sRNA的调控理论。     

超分辨显微技术结合smFISH方法在E. coli sRNA SgrS定位中的应用

细菌调节小RNA通常与靶mRNA结合,影响翻译和mRNA降解过程.了解细菌小RNA的定量和定位信息,将有助于揭示细菌转录后水平的调控机制.小RNA SgrS通过抑制ptsG mRNA翻译起始,参与细菌磷酸葡萄糖代谢的应激过程.本研究应用单分子荧光原位杂交(smFISH)方法和超分辨显微技术可视化定位大肠杆菌细胞内小RNA SgrS,并初步验证伴侣分子Hfq蛋白和RNaseE降解酶对小RNA SgrS定位的影响.选取大肠杆菌模式菌MG1655 (野生株)、sgrS敲除株(△sgrS)和过表达株(△sgrS-pBAD-SgrS),使用RNA印迹和smFISH方法验证SgrS的过表达.应用smFISH方法分别在野生菌株、hfq敲除株(△hfq)和rne敲除株(△rne-710)中定位小RNA SgrS和ptsG mRNA,超分辨成像观察.与野生株相比,△hfq和△rne-710中SgrS主要定位于近膜区域,ptsG mRNA定位于细菌胞浆中,并且这两种RNA拷贝数均极显著增加.以上结果表明,分别敲除大肠杆菌hfq和rne-710基因导致SgrS和ptsG mRNA的表达量增加. smFISH方法和超分辨技术的结合应用为细菌RNA的直观定量和定位提供了高敏感性的检测方法,可用于基因调控的功能研究.     

单核细胞增生李斯特菌hfq基因缺失株的构建及其生物学特性

【目的】单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytogenes,Lm)为革兰氏阳性的短杆菌,营腐生和寄生生活,是重要的食源性人兽共患病原菌,对低温、酸碱和高渗透压等环境具有较强的抵抗力。Lm在各种环境中适应、生存并表现致病力,是与调控因子的网络调控密切相关,本文初步研究了细菌调控因子hfq的生物学特性。【方法】利用同源重组技术对血清型为1/2 a的EGDe菌株进行hfq基因的敲除,对获得的突变株EGDe△hfq进行生化鉴定及生物学特性研究。【结果】实验结果表明:在4℃低温环境下,缺失株生长显著减慢(P<0.05);在含7%Na Cl高渗BHI培养基及含4.5%乙醇的BHI培养基中生长受到抑制;缺失株形成生物被膜的能力显著下降(P<0.05);对Caco-2细胞系的侵袭能力下降;与野生型菌株相比,EGDe△hfq对BALB/c小鼠的感染能力减弱、半数致死剂量提高。【结论】由此表明,Hfq蛋白对细菌抗胁迫、生物被膜形成及细菌毒力具有重要的调控作用。此缺失株的构建为进一步研究Hfq的功能提供了材料,为研究其在Lm胁迫环境生存及疾病预防控制奠定了基础。     

盘基网柄菌DdLIS1蛋白生物信息学分析

LIS1蛋白是一种与人类无脑回疾病以及细胞癌变相关的重要蛋白。对盘基网柄菌DdLIS1进行生物信息学分析,探究盘基网柄菌能否作为研究人类无脑回疾病及细胞癌变机制的模型。现从NCBI中的Genank找到盘基网柄菌DdLIS1的氨基酸序列,随后进行blastp找到模式生物中相似序列,利用理化性分析网站ProtScale、ProtParam分析DdLIS1的理化性质,通过NCBI中的保守结构域库(CDD)分析DdLIS1的保守结构域,使用MEGA6.0并选用邻位连接法构建系统进化树,分别使用PredictProtein、SWISS-MODEL网站预测Dd LIS1蛋白的二级结构、三维结构。结果得出DdLIS1蛋白全长为419,属于亲水性蛋白,有7个保守结构域,属于WD40家族,与人类和小鼠的氨基酸序列相似性为72%。二级结构中β折叠所占比例最高,为49.40%,α螺旋、随机卷曲分别占该蛋白7.16%、43.44%,与三级结构一致。以上结果说明DdLIS1与LIS1高度相似,有助于盘基网柄菌能够作为研究人类无脑回疾病以及细胞癌变机制的模型。     

肠炎沙门菌肽脯氨酰顺反异构酶SlyD的基因敲除、表达及酶学特征

【目的】以肠炎沙门菌肽脯氨酰顺反异构酶SlyD为对象,构建基因缺失株及表达纯化该蛋白,为研究其在肠炎沙门菌致病性与应激等方面的作用奠定基础。【方法】参考Gen Bank登录的肠炎沙门菌基因组序列设计用于slyD基因敲除及原核表达的特异引物,运用自杀质粒介导的同源重组技术对肠炎沙门菌C50041 slyD基因进行敲除,构建C50041ΔslyD缺失株;原核表达SlyD蛋白,通过α-糜蛋白酶耦联法对其PPIase活性进行测定;利用生物信息学相关软件,分析SlyD蛋白的氨基酸序列及功能域。【结果】PCR鉴定与测序结果证明成功构建了肠炎沙门菌C50041ΔslyD缺失株,其生长特性与野生株基本一致;SDS-PAGE及PPIase活性分析表明,获得了具有生物活性的可溶性SlyD蛋白;生物信息学分析显示SlyD蛋白由FKBP样肽脯氨酰顺反异构酶结构域、分子伴侣功能域和金属结合区域3个功能区域组成。【结论】成功获得了肠炎沙门菌C50041ΔslyD缺失株和具有PPIase活性的重组SlyD蛋白。     

信号传导的负性调节因子家族SOCS

细胞因子和相应受体结合,引发细胞内信号分子级联反应,而SOCS蛋白负性调节细胞因子的JAK-STATs信号传导途径,且SOCS蛋白作用的直接靶点不同。另一方面STATs可以和SOCS基因的调控序列结合,调节SOCS基因的表达,小鼠SOCS基因敲除实验显示,该信号负反馈途径有助于调节细胞适度应答,结构上,SOCS中间为SH2结构域。C-末端是保守的SOCS盒,因N-末端差异较大而将SOCS家族分为5组。     

社区获得性ST59型MRSA HZW450的全基因组测序及分析

目的对1例脓疱疮患者脓液中分离的1株社区获得性耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(CA-MRSA)HZW450菌株进行全基因组测序并对序列信息解析。方法使用三代测序PacBio技术对HZW450菌株进行全基因组测序,且使用SMRTanalysis v.R2.3.0对该序列进行序列拼接,上传NCBI进行基因功能注释,用RPSBLAST program进行直系同源簇(COG)注释以及毒力因子相关基因和耐药基因分析。同时比较国内其他地区发现的同一序列型(ST)的菌株毒力因子相关基因及耐药相关基因的差异,并比较HZW450菌株耐药基因型与表型的一致性。结果 HZW450菌株的基因组大小为2 831 958bp,GC占比32.9%,其基因组完成图序列已提交至NCBI GenBank数据库,登录号为CP020741。同时经过分析发现该菌株为ST59型,其基因组中含有许多与致病相关的毒力因子,以及含有耐药基因aph(3′)-III、ant(6)-Ia、mecA、norA、erm(B)和cat(pC233),毒力及耐药基因与ST59型其他菌株比较有差异。该菌株临床药敏结果与耐药基因比较分析发现,耐药表型与基因型存在差异。结论本研究报道了1株CA-MRSA(HZW450)菌株的全基因组序列。基因序列分析显示该菌株携带大量毒力基因,包括lukS-PV、lukF-PV、eta、fnbA、fnbB、sspB、sspC等,编码毒素、粘附、免疫逃逸等相关毒力因子,其毒力较强,致病性较高。     

大肠杆菌hfq和rne-710基因的双质粒无痕敲除技术

基因敲除技术是了解基因功能的重要技术手段。以大肠杆菌K-12 MG1655基因组hfq(309 bp)和rne-710(1056 bp)基因为模型,首先构建Δhfq∷Spe和Δrne-710∷Spe菌株,通过融合PCR方法分别构建缺失hfq(309 bp)和rne-710(1056 bp)的融合片段并连接至辅助质粒,缺失hfq和rne-710的片段经重组分别替换壮观霉素抗性盒,得到无痕敲除株Δhfq和Δrne-710。双质粒无痕敲除和融合PCR方法相结合为大片段基因缺失开辟了新的途径。     

海南海口温泉真菌、细菌多样性及其环境影响因素分析

【目的】海南海口含有丰富的温泉资源,对温泉微生物多样性进行研究,有助于进一步开发和利用海南温泉微生物资源。【方法】本文采用Illumina Hi Seq高通量测序技术对海口3个温泉[海甸岛荣域温泉(S1)、火山口开心农场温泉(S2)和西海岸海长流温泉(S3)]水样中微生物ITS序列和16Sr RNA基因V3-V4区进行测序及生物信息学分析,探究海口市3个不同区域的温泉真菌多样性与细菌多样性。【结果】(1)α多样性分析表明,真菌群落中,S3(29)S1(29)S2,而在细菌群落中,S2(29)S1(29)S3。β多样性分析表明,3个温泉真菌群落和细菌群落组成差异皆显著。(2)分类分析表明,温泉真菌群落优势菌门为子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota),细菌群落优势菌门为变形菌门(Proteobacteria)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、Thermi、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)、绿菌门(Chlorobi)、厚壁菌门(Firmicutes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、放线菌门(Actinobacteria)。(3) CCA (Canonical correspondence analysis)分析表明,3个温泉的真菌群落主要影响因子是温度,细菌群落主要影响因子是总磷。【结论】海南省海口市温泉中含有丰富的微生物资源,其微生物群落组成受多种环境因子影响,且影响真菌和细菌的主要环境因子不同。     

Hfq Influences Multiple Transport Systems and Virulence in the Plant Pathogen Agrobacterium tumefaciens

The Hfq protein mediates gene regulation by small RNAs (sRNAs) in about 50% of all bacteria. Depending on the species, phenotypic defects of an hfq mutant range from mild to severe. Here, we document that the purified Hfq protein of the plant pathogen and natural genetic engineer Agrobacterium tumefaciens binds to the previously described sRNA AbcR1 and its target mRNA atu2422, which codes for the substrate binding protein of an ABC transporter taking up proline and γ-aminobutyric acid (GABA). Several other ABC transporter components were overproduced in an hfq mutant compared to their levels in the parental strain, suggesting that Hfq plays a major role in controlling the uptake systems and metabolic versatility of A. tumefaciens. The hfq mutant showed delayed growth, altered cell morphology, and reduced motility. Although the DNA-transferring type IV secretion system was produced, tumor formation by the mutant strain was attenuated, demonstrating an important contribution of Hfq to plant transformation by A. tumefaciens.     

敲除ebony基因导致二化螟体表黑色素沉积(英文)

【目的】二化螟Chilo suppressalis是中国和其他亚洲地区为害水稻的重要害虫。由于缺乏遗传学操作工具,对二化螟的功能基因组学研究受到严重限制。本研究的目的是借助一个标记基因ebony,在二化螟体内建立CRISPR/Cas9介导的基因编辑体系。【方法】以家蚕Bombyx mori ebony蛋白作为参考序列,通过TBLASTN程序在二化螟基因组数据库获得二化螟ebony基因的cDNA序列;通过PCR技术克隆二化螟ebony全长序列并进行生物信息学分析;运用qRT-PCR技术分析二化螟ebony基因在不同发育阶段(卵、幼虫、预蛹、蛹和雌雄成虫)和4龄幼虫不同组织(头、表皮、脂肪体、肠道和马氏管)中的表达模式;借助基于CRISPR/Cas9的基因编辑技术,把sgRNA/Cas9蛋白复合物显微注射到二化螟新鲜的卵内(产卵后2 h内),靶向敲除二化螟ebony基因。【结果】克隆得到二化螟Csebony基因(GenBank登录号: MZ846208)的全长cDNA序列,开放阅读框长为2 586 bp,共编码861个氨基酸。Csebony蛋白质的分子质量为9.5 kD,理论等电点为5.10,且在N端没有信号肽。结构域分析显示,Csebony有3个保守的结构域。系统发育树显示,Csebony与玉米螟Ostrinia furnacalis的ebony亲缘关系最近。qPT-PCR结果显示Csebony基因在蛹期和头部高表达。敲除Csebony导致二化螟幼虫、蛹以及成虫黑色素沉积。【结论】本研究结果表明,Csebony参与了二化螟表皮颜色模式的调控;CRISPR/Cas9基因组编辑技术可在二化螟中有效应用。借助标记基因在非模式生物中快速建立CRISRP/Cas9基因编辑体系,可为二化螟的功能基因组学研究提供有价值的遗传学工具。     

Functional effects of variants of the RNA chaperone Hfq

The ring-shaped RNA chaperone Hfq has recently received much attention owing to its multiple roles in RNA metabolism. In this study we have performed a mutational analysis of the Escherichia coli hfq gene, and have studied the effects of amino acid substitutions at several positions in the Hfq protein as well as of C-terminal truncations on its role in phage Qbeta replication, in repression of a target mRNA, and on the stability of the small regulatory RNA DsrA. These functional studies provided insights into the interaction of Hfq with RNA and suggested a role for the C-terminus of Hfq in DsrA stability.