固氮施氏假单胞菌亚硝酸盐还原酶基因nirS转录特性及功能鉴定

【目的】研究固氮施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)A1501亚硝酸盐还原酶结构基因nir S的转录调控机制及其在反硝化过程中的功能。【方法】构建nir S-lac Z融合载体,利用三亲本结合法将其导入野生型A1501,通过β-半乳糖苷酶活性的测定,分析不同供氧状况、不同浓度的硝酸盐、亚硝酸盐对nir S基因表达的影响;同时将该载体导入rpo N突变株中,研究氮代谢调控因子Rpo N对nir S基因转录影响。通过同源重组方法构建nir S突变株,通过生化表型测定明确nir S在反硝化过程中的功能。【结果】启动子活性测定表明,nir S基因厌氧条件下高水平表达,是好氧条件下表达水平的4倍;nir S的表达受硝酸盐诱导,但不受亚硝酸盐的诱导;Rpo N突变株中,nir S的表达活性为野生型的1/4,nir S启动子未发现Rpo N的保守结合位点,表明nir S的表达受Rpo N间接调控。表型测定显示以硝酸盐为电子受体时Δnir S的反硝化能力降低了约20%;以亚硝酸盐为电子受体时Δnir S仅有微弱的反硝化能力,并且nir S的突变使得菌体在反硝化条件下利用亚硝酸盐的能力显著减弱。nir S突变提高了菌体在亚硝酸为电子受体的反硝化条件下的固氮酶活。【结论】A1501中nir S基因的转录受外界氧及硝酸盐的影响,同时受氮代谢Sigma因子Rpo N的调控。nir S在A1501菌反硝化过程中起关键作用,参与了亚硝酸盐的转化。     

信号转导蛋白PⅡ的研究进展

PⅡ蛋白是一种信号转导蛋白,存在于细菌、古细菌和植物中,该蛋白通过调节信号传导酶的活性来控制细胞内的碳、氮代谢.就PⅡ蛋白的结构、功能以及在细菌和植物中PⅡ蛋白的研究进行了系统阐述.     

两株刚果红结合突变型志贺菌大质粒全基因组比较研究

对福氏志贺菌(Shigella flexneri)5型及志贺氏志贺菌(Shigella dysenteriae)1型两株与刚果红结合突变菌株的大质粒pSF5及pSD1进行了全基因组测序及分析. pSF5全长136694 bp, 包含165个ORFs, 其中133个功能明确, 32个功能未知. pSD1全长182726 bp, 共有224个ORFs, 其中181个功能明确, 43个功能未知. pSF5中IS序列为53787 bp, pSD1中为49616 bp, 分别占整个基因组的39.3%, 27.2%. 二者中共有22种不同类型的IS出现, 其中ISEc8, ISSbo6在志贺菌大质粒中为首次报道. 与pCP301相比, pSF5和pSD1都发生了大范围基因缺失, 并在多处发生基因片段倒置等现象. pSF5中除与侵袭相关ipa-mxi-spa基因岛完全缺失外, 与O-抗原生物合成密切相关的shf-rfbU-msbB基因也部分缺失, 而在pSD1中上述基因则完整存在, 但pSD1中与侵袭基因表达调控相关的virF基因缺失. 结果表明, 在pSF5和pSD1中与侵袭相关的调控因子及侵袭基因的缺失是导致刚果红结合突变的原因之一, 但是否是唯一的原因还需进一步的验证.     

斯氏假单胞菌A1501固氮新基因PSTl305的功能分析

[目的]研究斯氏假单胞菌A1501基因组"固氮岛"中PST1305基因在A1501生物固氮过程中所起的作用.[方法]利用同源重组与三亲接合的方法构建PST1305的非极性突变株.乙炔还原法测定固氮酶活.RT.PCR分析PST1305基因与其周围基因转录单元的关系,Real-Time PCR比较PST1305在最佳固氮与非固氮条件下表达水平的差异.[结果]突变株np1305的固氮酶活显著降低,功能互补菌株np1305Comp能基本恢复细胞的固氮作用.PST1305与其上游的nifB、fdxN、下游的nifQ等基因位于同一个转录单元,组成一个操纵子.基因芯片表明,PST1305基因在固氮比非固氮条件下表达量显著上调(约38.7倍),Real-Time PCR验证支持这一结果.[结论]PST1305基因参与固氮过程,其突变会影响固氮酶的活性,该基因可能通过参与A1501固氮酶电子传递或者固氮酶的氧保护过程影响固氮效率.     

施氏假单胞菌氮代谢调控蛋白GlnK与碳信号分子α-酮戊二酸的体外互作研究

细菌中PⅡ蛋白是一类氮代谢调控因子,可通过感知胞内碳氮信号变化调整自身与靶蛋白的相互作用,从而实现对下游基因的级联调控。α-酮戊二酸是胞内碳状态的重要信号分子,前期研究发现PⅡ蛋白可结合α-酮戊二酸感应细胞内的碳状态,但不同菌中二者的结合存在差异。施氏假单胞菌A1501（Pseudomononas stutzeri A1501）只含有1种PⅡ蛋白GlnK,其在A1501固氮调控中发挥重要作用,但具体碳信号感知与转导机制有待进一步探索。基于此,通过大肠杆菌外源表达GlnK蛋白,并通过微量热泳动（microscale thermophoresis,MST）方法研究GlnK蛋白与碳信号分子α-酮戊二酸的体外互作,发现二者可以体外结合,且进一步证实GlnK蛋白的第89位甘氨酸（G89,Gly89）可能与互作相关。研究结果为进一步解析α-酮戊二酸在A1501中的信号转导奠定了基础,也为深入解析固氮菌的碳氮代谢偶联机制提供了理论支持。     

斯氏假单胞菌A1501物质代谢及能量生成相关基因的分析

斯氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)A1501是一株分离自中国南方水稻根际土壤的联合固氮菌.该菌在无氨和微好氧条件下可将空气中的氮气转化为植物可以直接利用的铵.A1501基因组测定工作已经完成,根据A1501菌 基因组的功能注释对该菌的中心代谢、能量合成及环境适应性等方面进行了生物信息学分析.结果发现,A1501菌的物质代谢途径具有多样性,除不能利用EMP途径代谢己糖外,该基因组合有几乎所有编码Entner-Doudorff途径(ED)、磷酸戊糖途径(HMP)、糖酵解途径(EMP)、三羧酸循环(TCA)以及乙醛酸途径中关键酶类的基因.此外,基因组分析鉴定了252个与能量产生相关以及3套编码电子传递复合体(1个Nqr和2个Rnf复合体)的基因簇.为进一步研究A1501菌的碳代谢调控及C-N偶联机制提供了重要的理论依据.     

生物固氮体系人工设计的研究进展

非豆科作物根际固氮能够给玉米和水稻等粮食作物提供生长所需的氮素,部分替代化学氮肥,在农业生产中应用意义重大。人工设计固氮和抗逆调控元件与功能模块,构建作物根际人工高效固氮体系并进行系统优化,是当前合成生物技术在农业中应用的一个重要研究方向。重点针对非豆科作物根际固氮体系的设计思路、研发动态和应用前景作简要综述。     

斯氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)A1501反硝化相关基因结构及功能分析

在A1501株的基因组上鉴定了4个反硝化相关的基因簇: nar, nir, nor和nos, 共40个基因, 基因的转录产物与其他种群中物质运输、基因调控以及还原酶类蛋白高度同源. nir, nor和nos基因簇在染色体上位置靠近, 与nar基因簇相隔较远. 与其他反硝化细菌比对的结果表明, A1501株中的40个反硝化基因组成了一套完整的反硝化催化系统. 在A1501株中, 该系统有以下特点: (ⅰ) nar基因簇中, narK基因只发现一个拷贝. (ⅱ) 在narK与narG之间有一个narM基因. (ⅲ) 在narX, narL基因的下游鉴定了两个基因dnrE和orf1, 其中dnrE基因是一个属于FNR家族的转录因子. (ⅳ) A1501株中nir基因有16个, 是所有已知反硝化细菌nir基因数量最多的. (ⅴ) 在A1501株中, 同时也是在假单胞杆菌属中首次报道norR基因. (ⅵ) nos基因簇相对保守, 无论在基因组成还是排列方式与参照的菌株都完全一致.     

斯氏假单胞菌A1501固氮新基因PST1305的功能分析

摘要：【目的】研究斯氏假单胞菌A1501基因组“固氮岛”中PST1305基因在A1501生物固氮过程中所起的作用。【方法】利用同源重组与三亲接合的方法构建PST1305的非极性突变株。乙炔还原法测定固氮酶活。RT-PCR分析PST1305基因与其周围基因转录单元的关系,Real-Time PCR比较PST1305在最佳固氮与非固氮条件下表达水平的差异。【结果】突变株np1305的固氮酶活显著降低,功能互补菌株np1305Comp能基本恢复细胞的固氮作用。PST1305与其上游的nifB、fdxN、下游的nifQ等基因位于同一个转录单元,组成一个操纵子。基因芯片表明,PST1305基因在固氮比非固氮条件下表达量显著上调（约38.7倍）,Real-Time PCR验证支持这一结果。【结论】PST1305基因参与固氮过程,其突变会影响固氮酶的活性,该基因可能通过参与A1501固氮酶电子传递或者固氮酶的氧保护过程影响固氮效率。     

非编码RNAs在细菌代谢网络调控中的研究进展

非编码RNAs(non-coding RNAs,ncRNAs)是一类非常重要的调节子,此类调节子能够使细胞通过调节它们的生理特性而适应环境的改变。已有的研究表明ncRNAs在细菌的蔗糖代谢、细胞外膜应激反应、群体感应和细菌毒力等方面发挥了重要的调节作用,其调控模式已经成为细菌调控网络中的重要“分支”。本文综述了细菌ncRNAs近年来的研究进展,详细介绍了细菌ncRNAs的合成及调控机制,由于ncRNAs结构的独特性及调控网络的复杂性,因此ncRNAs的功能研究已经成为近几点的研究热点之一。