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。     

离子环境对Acinetobacter sp.ADP1的salR基因活性的影响

革兰氏阴性菌Acinetobacter sp.ADP1可以利用水杨酸作为惟一的碳源和能源生长,与这一代谢过程相关的基因为sal基因.利用sal基因启动子与细菌荧光素酶基因(lux)编码区融合而构建的工程菌Acinetobacter ADPWH_lux,通过定量测定活细胞发光度可以检测出salR基因在不同离子环境中的活性.本试验测定了不同浓度梯度的10种金属离子对处于指数期和稳定期的细菌的salR基因活性的影响.发光度检测表明重金属离子均会抑制指数期和稳定期的细菌的发光能力.RT-PCR试验也证明,凡能够抑制细菌发光能力的离子,均会抑制细菌的salA基因的转录.     

苏云金芽胞杆菌spoⅢD基因缺失突变株的特点

微镜观察和芽胞计数分析显示,突变株基本丧失了形成芽胞的能力,但依然形成晶体.SDS-PAGE结果显示,在SSM培养基中,突变株对伴胞晶体蛋白的形成量影响并不显著;在营养较富集的Luria-Bertani培养基中,突变株中伴胞晶体蛋白的形成量较野生型和互补株明显降低.利用载体pHT315携带spoⅢD操纵子互补突变株,互补株恢复了产生晶体和芽胞的能力.[结论]本研究证明spoⅢD基因是苏云金芽胞杆菌芽胞形成所必需,同时与晶体蛋白的表达相关.     

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。     

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。     

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。     

苏云金芽孢杆菌CrylAb13基因的克隆及表达研究

BtC005是我国自行分离的对多种害虫具有毒杀作用的苏云金芽孢杆菌。经PCR-RFLP系统鉴定,它含有crylAb基因。Southern blot结果显示;PstI酶切C005质粒所得的8.5kb长的DNA片段为crylAb基因的阳性杂交带。以pUCP19为载体,克隆了该片段并证明其含有crylAb基因,对其进行亚克隆和测序,结果表明该基因编码区为3468bp,其编码的蛋白含1155个氨基酸,分子量为130.6kD,等电点为pH4.845。该基因已在GenBank基因库中注册,Accession number为AF254640,并为国际Bt杀虫晶体蛋白基因命名委员会正式命名为crylAb13。将crylAb13基因在Bt无晶体突变株cryB^-中表达,蛋白质电泳结果表明在130kD处有表达带,并证明GryAb对小菜蛾有较高的杀虫活性。     

苏云金芽孢杆菌B-Pr-88菌株中cry2Ab4基因的表达和杀虫活性研究

以我室自行分离的对鳞翅目夜蛾科害虫具有高毒力的Bt菌株B-Pr-88为材料,用PCR-RFLP方法从其质粒DNA文库中筛选到含cry2Ab基因的一个阳性克隆pZF858,序列测定发现,该片段含有cry2Ab全长基因,开放读码框为1902bps,编码由633个氨基酸组成的70.7kD蛋白,氨基酸同源性与已公布的cry2Ab基因同源性均为99.8％,经Bt基因国际命名委员会正式命名为cry2Ab。根据cry2Ab基因开放阅读框架(ORF)两端序列,设计合成一对特异引物L2ab5和L2ab3,PCR扩增获得cry2Ab 完整ORF,与大肠杆菌表达载体pET-21b连接,构建了重组表达质粒pET-2Ab4,质粒导入大肠杆菌BL21（DE3）,IPTG诱导后,SDS-PAGE电泳证实该基因表达了60kD的蛋白,生物测定表明,Cry2Ab4对棉铃虫和大豆食心虫具有高毒力,同时对小菜蛾和二化螟有一定的杀虫活性,而对亚洲玉米螟和甜菜夜蛾没有杀虫活性。     

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<...