转录因子cpcR同源基因cpcR-c1和cpcR-t的功能鉴定

苏云金芽胞杆菌（Bacillus thuringiensis,Bt） LM1212菌株与典型的Bt菌株表型不同,可分化形成芽胞、形成细胞和晶体产生细胞。在LM1212菌株中,转录因子CpcR不仅参与了细胞分化过程,而且能够激活晶体蛋白基因cry35-like的启动子(P₃₅)。【目的】筛选cpcR同源基因,验证其生物学功能。【方法】本研究克隆了2个cpcR同源基因,来源于蜡样芽胞杆菌的cpcR-c1和来源于东洋芽胞杆菌的cpcR-t,将cpcR及其同源基因分别构建在pHT304-P₃₅-gfp、pHT304-P₃₅-lacZ报告载体上,获得的重组质粒转入无cpcR基因且无晶体蛋白基因的Bt HD73^–菌株中。利用激光共聚焦显微镜观察重组菌HD^–(cpcR-c1-P₃₅-gfp)和HD^–(cpcR-t-P₃₅-gfp)的细胞表型并进行芽胞计数实验。测定HD^–(cpcR-c1-P_35<...     

苏云金芽胞杆菌LM1212菌株和突变株的全基因组序列比较分析

【背景】LM1212菌株是昆虫病原菌苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)中的一员,其芽胞和晶体分别产生于芽胞形成细胞和晶体产生细胞中,具有独特的细胞分化表型。与野生株LM1212相比,突变株LM1212-DB芽胞细胞比例明显降低并产生更高比例的晶体产生细胞,这使得LM1212-DB菌株成为研究晶体产生细胞形成机制和提高菌株杀虫活性的绝佳实验材料。【目的】比较LM1212菌株和LM1212-DB菌株的基因组差异,以便于揭示导致这两个菌株表型差异的原因。【方法】利用单分子测序技术(single molecular real-time,SMRT)和Pacbio RS II测序平台对两个菌株进行全基因组测序,对染色体和质粒、双组分信号系统和插入序列等进行差异分析,并构建表型特性相关基因的系统发育树。【结果】基因组分析发现,LM1212和LM1212-DB菌株均含有丰富的插入序列和双组分信号系统,暗示两个菌株极易发生基因重排且具有较强的环境适应性。与LM1212菌株相比,突变株LM1212-DB中发生了染色体和质粒片段缺失、质粒重排、质粒拷贝数变异。进一步分析缺失基因的功能发现,一些环境胁迫响应基因(如sigB)和芽胞形成相关基因(如abrB)等缺失;通过分析质粒拷贝数变异发现,具有增加晶体细胞比例功能的转录因子CpcR所在质粒的拷贝数增加1个,同时对CpcR的进化分析发现,与其亲缘关系最近的基因的从属菌株也产生与LM1212菌株相似的细胞分化表型。这些重要功能基因的缺失和拷贝数变异可能是导致两个菌株表型差异的原因。此外,突变株LM1212-DB缺失I型限制-修饰系统,这使得突变株LM1212-DB与野生菌株LM1212相比具有更好的外源DNA兼容性。【结论】突变株LM1212-DB染色体和质粒的结构变异可能是导致与野生株LM1212表型差异的潜在原因,这将为研究LM1212菌株的晶体细胞分化机制提供指导方向。     

苏云金芽胞杆菌Sigma54和CcpA共同调控的基因鉴定

【目的】通过综合分析苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis)HD73菌株Sigma54缺失突变体的转录组数据和蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)ATCC 14579菌株CcpA缺失突变体的转录组数据,并进行启动子与CcpA蛋白的体外结合验证,明确Bt HD73菌株中Sigma54和CcpA共同调控的基因,丰富了对微生物的代谢调控网络的认识。【方法】以转录组测序结果为基础,通过基因同源性的比对在Bt HD73菌株中寻找受Sigma54和CcpA共同调控的基因,在这些基因中找到具有cre序列的启动子,通过凝胶阻滞验证这些启动子与CcpA蛋白的结合。【结果】Bt HD73菌株中有31个基因受Sigma54和CcpA共同调控,其中14个基因的启动子序列包含cre序列,这些启动子都可以与CcpA蛋白发生体外结合。【结论】Bt HD73菌株中有14个基因直接受CcpA的调控,同时其转录受Sigma54的控制。     

yhcZ基因在苏云金芽胞杆菌生长中的功能研究

在枯草芽胞杆菌和蜡样芽胞杆菌中,yhcZ基因和yhc Y基因组成双组分系统调控细菌生长,但yhcZ基因在苏云金芽胞杆菌中发挥的生物学功能尚未明确。本研究通过基因功能注释、上下游基因排列分析和氨基酸序列比对,证实苏云金芽胞杆菌库斯塔克亚种HD73中HD73_5824基因为yhcZ基因,推测其与HD73_5825基因(yhc Y基因)共同组成双组份系统调控细菌生长。利用同源重组技术敲除HD73菌株中的yhcZ基因获得缺失突变体HD(ΔyhcZ),其在LB和SSM培养基中生长均慢于野生型HD73,而互补菌株HD(ΔyhcZ::yhcZ)菌株则能够部分恢复生长,表明yhcZ基因的缺失影响了该菌株细胞的生长。在以0.4%葡萄糖为唯一碳源的M9培养基中,HD(ΔyhcZ)生长速度快于HD73,表明yhcZ基因在该菌株吸收利用葡萄糖的过程中发挥重要作用。Biolog实验显示HD(ΔyhcZ)的单孔颜色变化率低于HD73,且对D/L-丝氨酸、甲酸、D-葡糖酸、L-组胺,D-乳酸甲酯以及柠檬酸等的吸收利用能力低于HD73,表明yhcZ基因能显著影响HD73菌株对碳源的利用。同时,HD(ΔyhcZ)对8%Na Cl的耐受能力弱于HD73,表明该基因可能参与细菌细胞应力响应相关基因的表达与调控。以上结果表明yhcZ基因在HD73菌株生长过程中对葡萄糖及其他碳源的利用具有重要的促进作用。本研究结果为解析yhcZ基因调控葡萄糖及碳源利用的分子机制奠定基础,且为进一步研究细菌生长及发酵提供参考。     

苏云金芽胞杆菌Sigma K在大肠杆菌中的表达与纯化

【目的】在大肠杆菌中表达纯化苏云金芽胞杆菌HD73的转录调控因子Sigma K(σK)。【方法】PCR扩增出苏云金芽胞杆菌HD73中sig K基因的ORF(Open reading frame)装载到带有His标签的表达载体p ET21b上,转入到表达菌株BL21(DE3)中获得重组菌株BL21(p ETsig K),通过SDS-PAGE、镍柱亲和纯化、阴离子交换纯化和凝胶迁移实验(EMSA)等方法对Sigma K蛋白进行提取、纯化和生物活性分析。【结果】正确表达出大小约为27 k D的His-Sigma K蛋白,并获得了纯化的蛋白。EMSA结果表明纯化的His-Sigma K蛋白可以与受其控制的cry1Ac基因启动子结合。【结论】表达和纯化了His-Sigma K蛋白,His-Sigma K具有与受其控制的启动子结合的功能。     

Bt群体信号应答因子nprR基因的缺失对cry1Ac基因表达的影响

摘要：【目的】研究群体信号应答蛋白编码基因nprR在苏云金芽胞杆菌（Bacillus thuringiensis,Bt）HD-73菌株晶体蛋白形成过程中的作用。【方法】通过同源重组,构建了HD-73 nprR基因缺失突变菌株HD73（ΔnprR ）。利用启动子-lacZ融合、SDS-PAGE方法,测定不同培养基中nprR基因转录活性及nprR基因缺失对cry1Ac转录及表达的影响。【结果】启动子转录活性分析表明,在LB和SSM培养基中nprR基因从对数期结束（T0）开始表达,稳定期持续表达。在LB培养基中,nprR基因的缺失使cry1Ac基因在生长过渡期和稳定期前期转录活性显著提高,同时HD73（ΔnprR ）菌株Cry蛋白生成量也明显高于出发菌株HD-73,但是在芽胞形成释放后,Cry蛋白的表达没有明显的区别。【结论】在丰富培养基中苏云金芽胞杆菌nprR基因的缺失在生长过渡期和稳定期前期能够提高cry1Ac基因转录和表达,从而缩短了cry基因表达时间,并且Cry蛋白总产量与出发菌株相当。     

苏云金芽胞杆菌rocE基因的转录调控

【目的】rocE基因编码精氨酸降解途径中的精氨酸通透酶,通过分析苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt) rocE基因的转录活性,明确rocE基因的转录调控机制。【方法】通过RT-PCR确定rocE基因所在基因簇的转录单元;β-半乳糖苷酶活性测定分析rocE基因启动子(ProcE)的转录活性;采用同源重组技术敲除BtHD73菌株的rocE基因;通过融合His标签的方法在大肠杆菌中表达纯化RocR蛋白的HTH结构域;通过凝胶阻滞实验明确RocR与rocE基因启动子的结合作用。【结果】在M9培养基中,精氨酸可诱导ProcE的转录活性;在SSM培养基和精氨酸诱导培养基中,与出发菌株HD73相比,ProcE在sigL (编码Sigma54因子)突变体和rocR突变体中的转录活性显著下降。RocR-HTH蛋白与ProcE有结合作用。rocE基因的缺失对菌体生长和Cry1Ac蛋白产量无显著影响。rocE缺失突变体的芽胞形成率为65.5%,HD73出发菌株为85.7%,显著性分析结果表明差异显著(P0.05)。【结论】rocE基因的转录活性受Sigma54的控制,并受RocR正调控。rocE基因的缺失影响菌株的芽胞形成率。     

四种cry 基因启动子在spoIIID基因突变株中的活性比较

【目的】分析spoIIID基因突变对苏云金芽胞杆菌cry1、cry3、cry4和cry8基因启动子Pcry1Ac、Pcry3A、Pcry4A和Pcry8E的影响,比较以上启动子在无芽胞spoIIID基因突变体(HD-△SpoIIID)中的转录活性。【方法】分别构建了Pcry1Ac、Pcry3A、Pcry4A和Pcry8E与lacZ基因融合的转录分析载体,并导入HD-73野生型菌株和HD-△SpoIIID突变株中测定β-半乳糖苷酶活性;通过高温诱变方法在HD-△SpoIIID基础上筛选出缺失cry1Ac基因的HD--△SpoIIID突变体;构建了4种启动子与cry1Ac基因融合表达载体,分别将它们转入HD-ΔSpoIIID和HD--ΔSpoIIID中,分析Cry1Ac蛋白表达量及其生物活性。【结果】HD-73和HD-ΔSpoIIID菌株中四个启动子转录活性由高到低分别为:Pcry8E>Pcry1Ac>Pcry4A>Pcry3A;spoIIID基因的缺失未影响Pcry1Ac和Pcry8E转录活性,Pcry3A在HD-ΔSpoIIID菌株中转录活性略有升高,Pcry4A在HD-ΔSpoIIID菌株中转录活性在T5到T10略有降低。从翻译水平来看在HD-ΔSpoIIID中cry8E启动子略低于cry1Ac启动子,并高于Pcry4Aa,Pcry3A指导的Cry1Ac蛋白产量,生物活性测定结果与蛋白表达量相符。【结论】cry8E基因启动子Pcry8E在spoIIID突变体中在转录水平活性是最高的启动子,而cry1Ac启动子指导自身基因cry1Ac表达时,在翻译水平上略高于cry8E启动子指导的Cry1Ac产量。     

苏云金芽胞杆菌BkdR和CcpA对bkd基因簇的转录调控

【目的】通过分析苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)转录调控因子BkdR和多效调控因子CcpA对亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸代谢基因簇bkd的转录调控,明确bkd基因簇的转录调控机制。【方法】通过β-半乳糖苷酶活性测定分析bkd基因簇启动子的诱导转录活性,采用同源重组技术敲除Bt HD73菌株的ccpA基因,通过融合His标签的方法在大肠杆菌中表达纯化BkdR和CcpA蛋白,通过凝胶阻滞实验明确BkdR和CcpA蛋白与bkd基因簇启动子的结合作用。【结果】亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸可诱导bkd基因簇启动子Pptb的转录活性。Pptb的诱导活性在bkdR突变体中明显降低,而在ccpA突变体中明显上升。BkdR和CcpA蛋白与Pptb均有结合作用。【结论】bkd基因簇的转录活性受BkdR正调控,而受CcpA负调控。