刺槐核糖体蛋白同源基因RpRPL22在共生结瘤过程中功能研究

目的: 核糖体蛋白(RPs)属于多功能蛋白,能够参与调控细胞生长和响应胁迫条件。RpRPL22是一个从豆科植物刺槐中分离得到的结瘤相关基因,通过序列比对发现其与核糖体大亚基蛋白RPL22高度同源。对其如何通过调控根瘤菌侵染而在共生结瘤过程中发挥重要作用进行了较为深入的探索。方法: 利用实时荧光定量PCR技术(qRT-PCR)分析RpRPL22在接菌后不同时间及不同植物组织的表达变化。利用cDNA末端快速扩增技术(RACE)获得目的基因cDNA全长。通过GFP报告基因进行RpRPL22亚细胞定位分析。通过Gateway BP重组技术构建RNA干扰(RNAi)重组载体,借助电转化法将重组载体转至农杆菌K599,利用农杆菌介导植物根部,接菌后观察和测量植株表型。首先从宏观水平统计观察目的基因是否对结瘤过程有影响,其次从分子水平揭示目的基因在共生结瘤过程的重要功能。结果: 不同接菌时期、不同植物组织目的基因qRT-PCR相对表达量结果显示,几乎在所有取样的接菌时间,目的基因RpRPL22在接菌根中的相对表达量都低于未接菌对照根,只有接菌后第25天除外。在成熟的根瘤中,接菌后第25天该基因的表达量也最高。洋葱表皮和毛状根亚细胞定位结果均显示在椰菜花叶病毒(CaMV)的35S启动子控制下,RpRPL22融合绿色荧光蛋白GFP的荧光信号在细胞核和细胞质有明显的表达。RNAi转化植株的表型统计观察结果,比如植株鲜重、植株的有效结瘤数目较对照组均有明显的降低;同时RNAi转化植株在根瘤菌侵染过程形成的侵染线数目和根瘤原基数目较对照均显著降低。根瘤切片实验用于观察根瘤显微超微结构,结果显示RNAi植株根瘤中固氮区的受菌侵染细胞数目与对照相比明显减少。电镜观察根瘤单个受菌侵染细胞中类菌体形态显示,RNAi根瘤中类菌体侵染细胞胞体多呈不规则形状,皱缩变形严重,环类菌体周间隙空间增大,多共生体融合,表现出细胞凋亡的迹象。对照根瘤中的受菌侵染细胞胞体多呈圆形椭圆形,胞质饱满丰富且分布均匀,细胞发育正常,表明RNAi植株根瘤发育过程明显受阻。结论: 核糖体蛋白(RP)能够参与调控豆科植物共生结瘤过程,相关同源基因RpRPL22可能在起始根瘤菌侵染植物和阻止类菌体降解过程中起重要作用。     

海水中主要金属盐对4株Kangiella属细菌的生长及其蛋白酶相关基因表达的影响

【背景】Kangiella是海洋专属的、营异养生长的革兰氏阴性菌。按16S rRNA基因系统发育分析,Kangiella属归属于γ-变形杆菌纲,但此类细菌的生理生态功能未知。推测该类海洋细菌产生的胞外丝氨酸蛋白酶在其利用有机氮源生长的过程中起重要作用。【目的】研究海水盐中主要金属离子Na盐、Mg盐、Ca盐、K盐对海洋来源的4株Kangiella菌株(K.aquimarina DSM16071、K.geojedonensis YCS-5、K.koreensis DSM 16069和K.profundi FT102)的生长及胞外蛋白酶表达的影响。【方法】测定Kangiella属4个不同种的模式菌株在2216E培养基及不添加Na盐、Mg盐、Ca盐和K盐的2216E培养基中的生长情况。以2%的酪蛋白为底物,采用福林酚法分别检测4株菌株的胞外蛋白酶酶活。克隆K.profundi FT102菌株中的3个丝氨酸蛋白酶编码基因以及phoP和phoQ基因,使用实时荧光定量PCR技术检测Mg盐对这些基因表达的影响。【结果】4株Kangiella菌株在不添加Na盐的2216E培养基中均不能生长;在不添加Mg盐、Ca盐和K盐的2216E培养基中,K.aquimarina DSM 16071、K.geojedonensis YCS-5和K.profundi FT102这3个菌株的生长差异较小;而K.koreensis DSM 16069菌株的生物量在不添加上述3类主要金属盐的2216E培养基中反而增高。各个菌株在对数期时的胞外蛋白酶活差异较大,最高可以达到11.23 U/mL,最低仅为0.99 U/mL。2216E培养基中不添加Mg盐时,K.aquimarina DSM 16071、K.geojedonensis YCS-5和K.profundi FT102这3株菌中的丝氨酸蛋白酶编码基因asp1、asp2和asp3以及phoP和phoQ基因的转录水平无显著差异,而在K.koreensis DSM 16069菌株中这5个基因的表达却显著上调。【结论】Na盐是4株海洋Kangiella菌株生长所必需的金属离子,Mg盐和Ca盐对4株菌株的生长及其中3个保守的丝氨酸蛋白酶基因表达的影响不同。在不添加Mg盐的2216E培养基中,K.koreensis DSM 16069菌株的生物量、胞外蛋白酶活和3个保守的丝氨酸蛋白酶编码基因以及phoP和phoQ基因的转录量都显著上升。     

康氏菌科海洋细菌的系统发育与代谢潜能研究进展

康氏菌科(Kangillaceae)是海洋螺杆菌目(Oceanosprillales)下的科级分类单元,包含康氏菌属(Kangiella)、异康氏菌属(Aliikangiella)和Pleionea三个属。在康氏菌属高度精简的基因组中存在异常丰富的胞外蛋白酶编码基因,暗示此类海洋细菌对海洋颗粒有机物中的蛋白质成分降解具有重要贡献。鉴于已分离鉴定的康氏菌属模式菌株专一性利用蛋白类营养物质,我们建议将该属译为"食朊菌属"。本文将结合本实验室的研究进展,对康氏菌科细菌的分离培养过程、系统发育关系、代谢特点和潜在生态功能进行综述,为研究此类海洋细菌的生理生态功能提供思路。