钝顶螺旋藻FtsZ在大肠杆菌中的表达和定位

FtsZ是与真核微管蛋白类似的原核骨架蛋白,能在细胞分裂位点聚合组装成环状结构而调控细胞分裂过程。为了研究钝顶螺旋藻（Spirulina platensis）FtsZ蛋白的功能,构建了钝顶螺旋藻FtsZ与绿色荧光蛋白GFP融合表达的质粒,并在大肠杆菌中进行了表达和定位研究,结果发现,表达融合蛋白GFP-FtsZ的大肠杆菌细胞由短杆状变为长丝状,且菌丝体长度与融合蛋白的表达量呈正比。在荧光显微镜下观察到融合蛋白GFP-FtsZ在长丝状体细菌中呈有规律的点状分布,这说明FtsZ蛋白功能高度保守,钝顶螺旋藻FtsZ蛋白能识别大肠杆菌分裂位点并装配成环状结构调控大肠杆菌细胞分裂,FtsZ蛋白的过量表达能抑制大肠杆菌正常的细胞分裂而导致长丝状体细胞的形成。     

叶绿体分裂相关基因NtFtsZ2-1在大肠杆菌中的表达与定位

FtsZ蛋白在细菌的分裂中担任着重要作用,能够在分裂位点形成一个环状结构而控制细菌的分裂过程。胞内FtsZ蛋白浓度的明显降低或异常升高均可阻断正常的细胞分裂过程进而导致丝状菌体的产生。我们为了研究烟草FtsZ蛋白与大肠杆菌FtsZ蛋白的异同,构建了烟草全长ftsZ2-1与绿色荧光蛋白EGFP的融合表达质粒并转化大肠杆菌JM109。融合表达质粒的过量表达导致宿主菌形成了丝状菌体。通过荧光显微镜观察发现NtFtsZ2-1-EGFP融合蛋白沿着宿主菌体的纵轴方向有规律地聚集成荧光点或荧光带,说明烟草FtsZ2-1蛋白能够识别宿主菌内分裂位点的定位信号并参与其细胞分裂复合物的组装。     

衣藻CrFtsZ2-GFP融合蛋白在E.coli中的表达及其定位

FtsZ蛋白在细菌的分裂中担任着重要作用 ,能够在分裂位点形成一个环状结构而控制细菌的分裂过程。胞内FtsZ蛋白浓度的异常升高或降低均可阻断正常的细胞分裂过程进而形成分裂异常的丝状菌体。为了研究衣藻FtsZ蛋白的生物学活性 ,构建了衣藻CrFtsZ2cDNA全长与绿色荧光蛋白基因egfp的融合表达质粒 ,并对其在大肠杆菌中的表达与定位做了初步分析。在大肠杆菌JM10 9中 ,融合表达质粒的过量表达导致宿主菌形成了丝状菌体 ,通过荧光显微镜观察发现CrFtsZ2 EGFP融合蛋白沿着宿主菌体的纵轴方向有规律地聚集成荧光点或荧光带 ,暗示衣藻CrFtsZ2蛋白能够识别宿主菌内分裂位点的定位信号并参与其细胞分裂过程 ,初步验证了衣藻CrFtsZ2蛋白的功能。     

衣藻叶绿体分裂基因CrFtsZ1在E.coli中的表达

FtsZ蛋白在细菌的分裂中起着重要作用,能够在分裂位点形成一个环状结构而控制细菌的分裂过程。细胞内FtsZ蛋白浓度的明显降低或异常升高均可阻断正常的细胞分裂过程进而导致丝状菌体的产生。为了研究衣藻叶绿体分裂基因ftsZ的功能,构建了衣藻CrFtsZ1的原核表达重组质粒。试验结果表明,衣藻ftsZ的表达严重影响了大肠杆菌的分裂,初步证明衣藻FtsZ蛋白不仅与E．coli FtsZ蛋白在序列上相似,而且也有着相似的功能,同时这一结果也为真核细胞中质体的内共生起源提供了直接的证据。     

原核细胞骨架蛋白的结构与功能

长期以来,人们认为细胞骨架仅为真核生物所特有的结构,但近年来的研究发现它也存在于细菌等原核生物中。目前已经在细菌中发现的FtsZ、MreB和CreS依次与真核细胞骨架蛋白中的微管蛋白、肌动蛋白丝及中间丝类似。FtsZ能在细胞分裂位点装配形成Z环结构,并通过该结构参与细胞分裂的调控;MreB能形成螺旋丝状结构,其主要功能有维持细胞形态、调控染色体分离等;CreS存在于新月柄杆菌中,它在细胞凹面的细胞膜下面形成弯曲丝状或螺旋丝状结构,该结构对维持新月柄杆菌细胞的形态具有重要作用。     

FtsZ在钝顶螺旋藻形态建成中的作用

为了研究细胞骨架蛋白FtsZ在螺旋藻形态建成中的作用,通过PCR克隆了ftsZ基因并进行原核表达,对表达的融合蛋白进行了纯化。通过免疫小鼠制备了FtsZ的多克隆抗体。分别用Western blot和免疫荧光技术检测螺旋藻不同形态藻丝体中ftsZ的表达和定位。结果表明,在两株不同螺旋藻Spirulina platensisFACHB869和FACHB882中,ftsZ在直线形藻丝体中的表达量都高于螺旋形藻丝体。免疫荧光定位结果显示,FtsZ蛋白在藻细胞中呈环状分布于细胞膜上,且这种环状结构在直线形藻丝体中排列较密而在螺旋形藻丝体中排列疏松。ftsZ在不同形态藻丝体中的表达量和细胞定位差异说明,细胞骨架蛋白FtsZ可能通过改变细胞刚性而参与螺旋藻形态建成。     

衣藻CrMinD基因的网上克隆及其进化分析

细菌细胞正常分裂时,在其中部形成介导细胞分裂的环状复合物结构。该环状复合物至少由10多种蛋白组成。其中,FtsZ蛋白最早在细胞中部组装成环状结构Z环,其他分裂相关蛋白再先后与Z环相结合,行使其分裂功能。Fts蛋白为原核细胞骨架蛋白,与真核生物的微管蛋白具有共同的进化祖先。在大肠杆菌细胞中共有三个潜在的细胞分裂位点,一在中部,另外两个分部在两极。正常情况下仅有中部的分裂位点得到应用。FtsZ环正确定位于细胞中部的潜在分裂位点与MinD蛋白密切相关。当minD基因突变时FtsZ蛋白则在细胞两极组装成Z环,最终导致细胞分裂异常,产生不含基因组的小细胞(Mincell)。       

烟草质体分裂蛋白NtFtsZs在大肠杆菌中的定位分析

分别构建了两个烟草 (NicotianatabacumL .)质体分裂基因NtFtsZ1和NtFtsZ2与编码绿色荧光蛋白的gfpS65A、V68L、S72A基因相融合的原核表达载体 ,并导入大肠杆菌 (Escherichiacoli)JM10 9菌株中进行表达。全长NtFtsZs∶GFP融合蛋白在菌体中有规律地定位 ,暗示NtFtsZs能识别大肠杆菌潜在的分裂位点 ,并能与大肠杆菌的内源FtsZ发生聚合作用 ;融合蛋白的诱导表达抑制了宿主菌的分裂 ,形成了明显的丝状菌体 ,证明真核生物的ftsZ基因与大肠杆菌的ftsZ基因有相似的作用。同时构建了NtFtsZs不同缺失的原核表达载体 ,对这两个基因所编码蛋白不同结构域的功能做了初步分析。实验结果表明 ,烟草FtsZ蛋白的C端结构域与其在大肠杆菌细胞中的正确定位有关 ;而N端结构域与NtFtsZs∶GFP融合蛋白的聚合有关。     

烟草质体分裂蛋白NtFtsZs在大肠杆菌中的定位分析

分别构建了两个烟草(Nicotiana tabacum L.)质体分裂基因NtFtsZ1和NtFtsZ2与编码绿色荧光蛋白的gfpS65A、V68L、S72A基因相融合的原核表达载体,并导入大肠杆菌( Escherichia coli ) JM109菌株中进行表达.全长NtFtsZs∶GFP融合蛋白在菌体中有规律地定位,暗示NtFtsZs能识别大肠杆菌潜在的分裂位点,并能与大肠杆菌的内源FtsZ发生聚合作用;融合蛋白的诱导表达抑制了宿主菌的分裂,形成了明显的丝状菌体,证明真核生物的 ftsZ 基因与大肠杆菌的 ftsZ 基因有相似的作用.同时构建了NtFtsZs不同缺失的原核表达载体,对这两个基因所编码蛋白不同结构域的功能做了初步分析.实验结果表明,烟草FtsZ蛋白的C端结构域与其在大肠杆菌细胞中的正确定位有关;而N端结构域与NtFtsZs∶GFP融合蛋白的聚合有关.     

木薯ftsZ基因分离及在原核生物中功能初步鉴定

ftsZ基因是控制细胞分裂的关键基因,其蛋白能够在分裂位点形成一个环状结构而影响细胞分裂.为了研究木薯质体分裂与木薯淀粉品质形成的关系,根据木薯基因组数据库上的预测序列,设计引物,从木薯基因组中分离了与质体分裂相关的ftsZ家族3个新基因(ftsZ1,ftsZ2,ftsZ3).分别将它们与荧光蛋白基因(GFP)融合,构建了3个原核表达载体pET-fisZ1-GFP、pET-fisZ2-GFP、pET-fisZ3-GFP,并转化大肠杆菌BL21(DE3).通过荧光显微镜观察菌体的表型和分裂,初步鉴定了木薯质体分裂相关基因ftsZ家族对细胞分裂的作用.结果显示:尽管木薯与大肠杆菌的亲缘关系较远,ftsZ基因的同源性较低,但是两者表现出相似的功能,木薯ftsZ基因的表达能严重影响大肠杆菌细胞分裂.这一结果为进一步研究木薯ftsZ家族基因的功能奠定了基础.     

叶绿体增殖调控机制研究进展

叶绿体为内共生起源的细胞器。利用电镜观察发现叶绿体分裂时具有中央缢缩现象,并且缢缩过程中存在环状结构。在大肠杆菌中,FtsZ蛋白最早在分裂位点组成一个环状结构（Z-环,FtsZ protein ring）,其他分裂相关蛋白再与之结合,共同组成一个复杂的分裂装置,最终导致原核细胞分裂的完成。其分裂位点的选择受到min操纵子（包括MinC,MinD。MinE基因）的精细调控。叶绿体分裂的分子调控机制与原核细胞类似。原核起源与真核起源的分裂相关蛋白组成分裂复合体,确保叶绿体的正常分裂。     

衣藻叶绿体分裂相关基因CrFtsZ3的克隆及其原核表达

FtsZ蛋白在原核细胞以及植物细胞叶绿体的分裂过程中发挥着重要作用。为了研究叶绿体分裂装置的进化 ,运用RT PCR方法从莱茵衣藻中克隆了叶绿体分裂相关基因CrFtsZ3。由于已经从衣藻细胞中克隆了一个ftsZ基因 ,所以CrFtsZ3的克隆表明衣藻中已经存在两类不同的 ftsZ基因 ,这说明 ftsZ基因的复制与分歧发生于绿藻的分化之前。序列分析结果显示 ,CrFtsZ3所编码的蛋白质具有FtsZ蛋白的典型模体。进一步的原核表达与定位分析表明CrFtsZ3 GFP融合蛋白沿着宿主菌体的纵轴方向有规律地聚集成荧光点或荧光带 ,并且CrFtsZ3蛋白过量表达明显干挠了宿主菌正常的细胞分裂过程 ,说明衣藻CrFtsZ3蛋白能够识别宿主细胞内的分裂位点并影响细胞分裂过程 ,从而初步验证了它的生物学功能     

原核生物细胞分裂的调控机制

原核细胞的分裂机制一直是人们研究的热点 ,经过多年来的不懈研究 ,人们发现FtsZ蛋白在细胞分裂过程中发挥着重要作用 ,并且是最早出现在分裂位点的蛋白 ,而且直接参与启始了细胞分裂环的形成 ;此外 ,对ftsQAZ基因簇的深入研究也大大加深了人们对原核细胞分裂的认识。就目前原核生物细胞分裂的调控机制作一综述。     

优化的绿色荧光蛋白在超嗜热嗜酸古菌冰岛硫化叶菌中的表达与应用

【目的】开发可用于在极端嗜热嗜酸模式泉古菌冰岛硫化叶菌(Sulfolobus islandicus)中进行高效表达的eCGP123(enhanced consensus green protein variant 123)荧光蛋白,并用作S.islandicus的细胞内蛋白定位工具。【方法】绿色荧光蛋白突变体eCGP123具有极高的热稳定性、耐酸性和可逆的荧光特性等。本研究主要对eCGP123的基因根据S.islandicus密码子偏好性进行优化与合成,在大肠杆菌(Escherichia coli)中表达并研究其蛋白性质;通过在eCGP123的C末端分别融合具有不同细胞内定位的蛋白(包括E.coli来源的Fts Z和S.islandicus来源的Ups E、PCNA1和SiRe_1200等),构建eCGP123及其融合蛋白的表达菌株,用激光共聚焦显微镜分析eCGP123及其融合蛋白在E.coli和S.islandicus活细胞中的亚细胞定位。【结果】我们确认了在E.coli中表达并纯化密码子优化后的e CGP123具有与野生型绿色荧光蛋白相同的吸光值和较高的热稳定性。细胞学分析显示细胞分裂相关蛋白FtsZ和Si Re_1200分别主要定位于E.coli和S.islandicus分裂细胞的中间;鞭毛组分蛋白Ups E呈点状均匀分布,可能定位于细胞膜上;DNA复制滑动夹亚基PCNA1呈区域性点状分布,暗示了DNA复制区域的位置。蛋白的亚细胞定位与预期结果基本吻合。【结论】绿色荧光蛋白e CGP123可以作为报告蛋白,应用于S.islandicus细胞的蛋白定位分析中,可作为该模式菌株中功能基因研究的重要工具,但需要进一步优化条件。     

探索大肠杆菌细胞膜合成过程中脂肪酸的掺入模式

【目的】探索大肠杆菌生长分裂过程中,脂肪酸作为底物在细胞膜合成过程中的掺入模式。【方法】本研究解析了以乙酰CoA为底物,合成中间产物长链脂酰-ACP,随后合成磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine,PE)的途径,并将合成途径中的10个关键酶与绿色荧光蛋白(enhanced green fluorescent protein,EGFP)或红色荧光蛋白(monmer Cherry,mCherry)进行融合,在大肠杆菌内表达这些融合蛋白,用激光共聚焦荧光显微镜成像的方式来获得这些融合蛋白的定位信息。【结果】宽场荧光显微镜成像结果显示,磷脂酰乙醇胺合成途径中的10个酶在不同表达水平下出现不同的定位模式。在大肠杆菌中高水平表达融合蛋白EGFP-FabA、EGFP-FabB、EGFP-FabI、EGFP-FabG、EGFP-PlsB和EGFP-PssA时,细胞两极和中部有大量蛋白聚集的现象。EGFP-FabD、EGFP-FabF、EGFP-CdsA、EGFP-PSD在不同表达水平下,均匀分散在细胞质或细胞膜上。缩时影像(Time-lapse)结果显示,合成途径中的一个关键蛋白EGFP-Pls B在细胞分裂前随着细胞膜的内陷聚集到细胞隔膜,随着细胞分裂,母细胞的隔膜成为新细胞的两极。【结论】本研究通过获取磷脂酰乙醇胺合成相关蛋白酶在大肠杆菌中的定位结果,推测脂肪酸分子是在细胞分裂隔膜和两极掺入,被催化合成PE后被运送到细胞膜其他位置。     

钝顶螺旋藻表达载体p215 t-spp的构建及转化

用合适的限制性内切酶消化载体p215t,胶回收获得含有gfp基因及amp基因大片段.设计引物,采用PCR扩增无菌钝顶螺旋藻A9藻株的强启动子片段;在T4连接酶的作用下进行体外连接重组,构建了带有螺旋藻启动子和gfp报告基因的新型表达载体p215t-spp.将该载体转入钝顶螺旋藻,利用报告基因的表达,在荧光显微镜下观察并记录转化藻细胞,p215t-spp质粒显著提高转化率.研究了不同PEG浓度、转化时间及冰浴处理对转化率的影响.采用1%PEG能有效促进细胞吸收DNA,获得10.5‰的转化率.实验初步证明,带有螺旋藻启动子的报告基因gfp能够在钝顶螺旋藻中顺利表达.     

结核分枝杆菌FtsZ的异源表达及酶学性质研究

作为细菌分裂所必需的微管蛋白类似物,丝状温度敏感蛋白Z(filamentous temperature-sensitive protein Z,FtsZ)被认为是一个具有潜力的药物作用新靶点。为了构建高纯度的FtsZ重组蛋白分离纯化体系,探讨其酶学性质,该研究利用大肠杆菌BL21异源表达结核分枝杆菌FtsZ重组蛋白,通过Ni亲和层析柱和G-50层析柱纯化目的蛋白,采用孔雀石绿法和90°光散射法测定FtsZ重组蛋白的GTP酶活和蛋白聚集。研究结果表明:成功获得具有生物学活性的结核分枝杆菌FtsZ重组蛋白,其相对分子质量约为49kD;该酶最适反应温度为37℃,最适pH为6.8,金属离子Mg~(2+)和K~+对FtsZ重组蛋白酶活具有促进作用,有机溶剂DMSO和TritonX-100的体积分数分别高于0.1%和0.005%时对酶活有显著抑制作用(P0.05)。此外,FtsZ重组蛋白在加入底物GTP诱导后,快速聚集。本实验利用基因工程技术成功获得具有生物活性的FtsZ重组蛋白,并明确了该蛋白质的酶学性质,为其进一步的研究和应用奠定了基础。     

细菌细胞分裂位点的调控机制及其研究进展

大肠杆菌细胞内共有3个潜在的分裂位点,一个在细胞中部,另外两个位于细胞的两极。正常情况下,细菌仅利用中部的分裂位点以二分裂方式进行细胞的对称分裂。大肠杆菌细胞分裂时,中部潜在分裂位点的选择受到min操纵子(含minC、minD、minE3个基因)的精细调控。minC基因所编码的MinC蛋白是细胞分裂的抑制因子,与具有ATPase活性的MinD蛋白结合后被激活。在MinE蛋白的作用下,MinC和MinD蛋白在大肠杆菌细胞的两极问来回振荡。整个振荡周期中,MinC蛋白在细胞两极的两个潜在分裂位点处所停留的时间较长,分裂复合物无法正常组装,因而细胞两极的潜在分裂位点被屏蔽;而MinC蛋白在细胞中部的分裂位点所停留的时间较短,不能有效地抑制分裂复合物的组装,因此,各种细胞分裂蛋白在中部的分裂位点组装形成稳定的分裂复合物,使正常的细胞分裂得以进行。     

FtsZ蛋白同源性分析在乳酸菌系统学研究中的应用

FtsZ是一种广泛存在于细菌和古菌中的结构保守的蛋白质,在细胞分裂的过程中起关键的作用。通过PCR扩增FtsZ基因的一段800bp的核苷酸,构建了干酪乳杆菌-片球菌及相关乳酸菌的FtsZ蛋白系统发育树。将此系统树和16SrDNA系统树比较发现二者的拓扑结构非常相似。在两个基因系统树中,片球菌与乳杆菌的种均显示了较近的亲缘关系,而与其它球状的乳酸菌,如链球菌和肠球菌的亲缘关系较远。研究还表明FtsZ蛋白序列的分辨率高于16SrDNA,更适用于乳酸菌种间的系统分类研究。     

铜离子对钝顶螺旋藻完整细胞中光系统Ⅱ活性和藻胆体能量传递的影响

Cu2 抑制钝顶螺旋藻 ( Spirulina platensis)完整细胞中电子传递活性 ( H2 O→ MV) ,并抑制 PS 的放氧活性。低浓度的 Cu2 处理 ,使钝顶螺旋藻细胞中藻蓝蛋白荧光发射峰位置蓝移、发射强度改变 ,表明藻胆体中能量传递发生了变化。Cu2 处理纯化的藻蓝蛋白 ,使其在长波区 ( 61 6— 62 0 nm)吸收减小、荧光发射峰蓝移 ( 64 7nm→ 64 3nm) ;而变藻蓝蛋白不受影响 ,说明 Cu2 选择性作用于藻蓝蛋白。