在钙离子敏感性方面与RCH1遗传互作的酿酒酵母基因的筛选

酿酒酵母ScRCH1是白念珠菌CaRCH1的同功基因,作为人体溶质转运蛋白SLC10A7的同源蛋白,两者都是细胞质膜上钙离子内流的抑制因子。为了研究酿酒酵母RCH1与基因组中其他基因之间的遗传互作,利用合成遗传阵列(Synthetic Genetic Array,SGA)方法构建了RCH1分别与其他非必需基因之间的双基因缺失株文库。钙离子表型筛选表明RCH1与17个基因之间存在遗传互作,其中4个基因BUD9、THR1、RAS2和CPR7在钙离子敏感性方面的功能以前没有报道过。这些结果为深入研究Rch1对钙离子稳态的调控提供了参考。     

白念珠菌CaCSC1基因的敲除和功能研究

目的构建白念珠菌CaCSC1基因的基因缺失株,并初步探究它的功能。方法设计长引物,通过PCR直接扩增出带有SAT1flipper的CaCSC1基因敲除盒,转化到野生型白念珠菌菌株CAI4,并通过PCR鉴定出基因型正确的转化子,得到CaCSC1的基因缺失株。最后,通过倍比稀释的方法进行表型筛选。结果成功得到CaCSC1基因的缺失菌株。基因缺失菌株对酮康唑(Ketoconazole)敏感,对Zn2+、Mn2+和荧光增白剂(Calcofluor white)表现出耐受性。结论 CaCsc1蛋白参与对锌离子和锰离子的稳态调控,和细胞膜和细胞壁的完整性也相关。     

酿酒酵母中与钙离子稳态调控因子ScRCH1细胞质膜定位相关的转录因子基因的筛选检测

酿酒酵母细胞中ymr034c基因与白念珠菌的Carch1基因同源,CaRCH1与白念珠菌对钙离子、锂离子和硝唑类药物的耐受性相关。因此,把ymr034c命名为Scrch1。前期研究结果显示,在胞外高钙离子胁迫条件下,ScRCH1定位于细胞质膜上。为了研究Scrch1基因表达的调控机理,通过荧光显微镜技术对酵母细胞基因组中编码转录因子的223个单基因缺失菌株进行了筛选,分别检测了ScRCH1-GFP融合蛋白在它们中的亚细胞定位情况。结果发现,钙离子处理后,ngg1、hal9、crz1、ada2和swi6五个转录因子基因的缺失造成ScRCH1-GFP没有细胞质膜定位,而ino2基因的缺失导致ScRCH1-GFP在不经钙离子处理的条件下即定位到细胞质膜上。     

白念珠菌铁通透酶基因CaFTH1的功能研究

[目的]白念珠菌CaFTH1是一种铁通透酶编码基因.为了研究CaFTH1对胞内铁代谢和液泡功能的影响,构建fth1△/△单基因缺失菌株和fth1△/△fet33△/△双基因缺失菌株.[方法]利用生物信息学软件对CaFTH1进行序列比对和分析;通过实时荧光定量PCR技术研究铁离子丰度对CaFTH1表达的影响;利用PCR介导的同源重组方法构建基因缺失菌株;利用原子吸收光谱方法测定基因缺失菌株胞内铁含量的变化,并对基因缺失菌株在缺铁条件和菌丝诱导条件下的生长状况进行研究;通过代谢转换实验,研究CaFTH1对细胞液泡功能的影响.[结果]序列比对结果表明白念珠菌CaFth1蛋白属于铁通透酶Ftr1超家族,与酿酒酵母液泡膜蛋白ScFth1具有最高的同源性.铁匮乏条件会诱导CaFTH1的表达,而富铁条件则会抑制其表达.白念珠菌CaFTH1的缺失会导致胞内铁含量的降低,fth1△/△突变菌株基础上CaFET33的缺失则会进一步降低胞内铁含量.在缺铁条件下,fth1△/△fet33△/△双基因缺失菌株在一定程度上表现出代谢转换能力的缺陷.另外,在某些固体菌丝诱导培养条件下,fth1△/△fet33△/△缺失菌株菌落表面形成褶皱能力显著增强;而在液体菌丝诱导条件下,则表现为增强的菌丝聚集能力.[结论]CaFTH1是一种低铁应答基因,在维持白念珠菌胞内铁离子稳态及液泡功能方面具有重要作用.CaFTH1和CaFET33基因的双缺失会对白念珠菌的菌落形态和菌丝聚集产生影响.     

巴斯德毕赤酵母Orm1蛋白在细胞生长和内质网功能维持方面的功能

【目的】鉴定巴斯德毕赤酵母ORM1基因;研究ORM1基因缺失对毕赤酵母生长、内质网压力应答、细胞钙稳态调节和活性氧水平等方面的影响。【方法】利用生物信息学软件对毕赤酵母Orm1蛋白进行序列比对和分析;利用PCR介导的同源重组法构建orm1Δ缺失菌株,将回补质粒p IB1-ORM1转入orm1Δ菌株构建回补菌株;研究ORM1基因缺失对毕赤酵母生长的影响;以Fluo-3 AM染色法测定胞质钙含量;以DCFH-DA染色法分析胞内活性氧水平;以实时荧光定量PCR技术研究ORM1基因缺失对毕赤酵母非折叠蛋白应答、钙稳态和抗氧化系统基因表达的影响;使用试剂盒分析毕赤酵母抗氧化系统过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)活性及谷胱甘肽(GSH)的含量。【结果】在毕赤酵母基因组数据库中比对出酿酒酵母Orm1和Orm2的同源蛋白,并将该蛋白编码基因命名为ORM1;毕赤酵母ORM1基因缺失导致细胞生长受到明显抑制,对衣霉素引起的内质网压力敏感性增强,非折叠蛋白应答激活,细胞钙稳态紊乱,活性氧积累,抗氧化系统激活。【结论】由于非折叠蛋白应答、钙稳态调节、活性氧积累等均与内质网功能息息相关,因此,巴斯德毕赤酵母ORM1基因编码的Orm1蛋白在细胞生长及内质网正常功能的维持过程中发挥重要作用。     

白念珠菌钙稳态系统及钙信号途径的研究进展

白念珠菌是临床重要的条件致病菌,其胞内的钙稳态及钙信号途径与宿主侵染、压力应答等诸多生理过程紧密相关。研究该菌的钙稳态系统及钙信号调控网络,对明确白念珠菌的侵染机制与耐药机理,以及开发具有新靶点的抗真菌药物具有重要意义。本文对这些内容的研究进展进行了综述。     

通过CRISPR/Cas9基因编辑手段构建白念珠菌CaHSL1基因的失活突变体及其表型分析

钙离子稳态和钙离子信号途径对白念珠菌的形态发生、耐药性以及毒力都十分重要。白念珠菌和酿酒酵母菌的细胞质膜蛋白质Rch1p均富集在母细胞和子细胞之间的芽颈部位,负向调控胞外钙离子的内流。与细胞周期调控相关的蛋白激酶Hsl1p也存在于白念珠菌和酿酒酵母菌的芽颈部位。该研究发现,抑制CaHSL1基因的表达或者通过CRISPR(clustered regularly interspaced short palindromic repeat)/Cas9新方法失活CaHSL1基因,均可导致白念珠菌对钙离子敏感,这种钙离子敏感性可以被钙调磷酸酯酶的专一性抑制剂环孢霉素抑制。这个结果表明,钙离子稳态和钙信号转导途径可能与细胞周期调控有关。此外,CaHSL1基因失活突变体对十二烷基磺酸钠、氟康唑、酮康唑、刚果红、潮霉素B、卡泊芬净和Anidualafungin敏感,表明CaHsl1p与细胞质膜和细胞壁胁迫的应答相关。     

L1CAM胞内区相互作用蛋白的筛选与鉴定

L1细胞粘附分子(L1cell adhesion molecular,L1CAM)属于神经细胞粘附分子,是属于免疫球蛋白超家族的Ⅰ型跨膜糖蛋白.L1主要在神经系统中表达,参与神经系统发育,学习记忆等重要过程作用.L1的胞内区可能参与信号转导,对于L1的功能非常重要,为探讨L1胞内区信号转导的分子机制,以L1胞内区为诱饵运用酵母双杂交技术在人脑cDNA文库中筛选其结合蛋白,挑选阳性克隆,进行DNA序列分析和同源检索,阳性克隆编码几个不同的蛋白质,其中一个候选蛋白为PAX6转录因子.为进一步验证L1胞内区和PAX6的相互作用,克隆其基因到表达质粒共转染COS-7细胞,免疫共沉淀证实了L1胞内区和PAX6的相互作用,提示L1胞内区可能参与转录调节,为深入探讨其功能提供了重要线索.     

铜绿假单胞菌cntRLMN操纵子介导锌离子摄取的功能鉴定

【目的】本研究以铜绿假单胞菌PAO1 (Pseudomonas aeruginosa PAO1,菌种编号ATCC15692)为对象,研究cntRLMN在锌离子摄取中的功能。【方法】在ΔznuBC的基础上,以同源重组的方法构建了cntRLMN的各种突变菌株,通过质粒接合转移的方法构建其互补菌株及lacZ转录融合报告菌株,运用β-半乳糖苷酶酶活检测研究了Zur蛋白对cntRLMN的转录调控,凝胶阻滞实验(EMSA)检验Zur蛋白与cnt启动子及cnt启动子的突变片段的体外结合,并进一步通过生长曲线分析对cntRLMN中cntR、cntL、cntN等基因的锌离子摄取功能进行了分析和鉴定。最终,通过构建大蜡螟幼虫的侵染模型来研究cntRLMN对铜绿假单胞菌毒力发挥的影响。【结果】lacZ转录融合的酶活分析显示cntRLMN受Zur蛋白的负调控,其表达以Zur蛋白依赖的方式受锌离子饥饿的诱导;EMSA实验的结果显示cntRLMN的启动子可以与His-Zur结合形成DNA-蛋白质复合体,结合位点为GCGTTATAGTATATCAT;生长曲线和大蜡螟幼虫侵染实验的分析结果显示ZnuBC和CntRLMN的功能存在互补性,仅znuBC和cntRLMN双缺失突变时菌株在限锌培养条件下的生长和对大蜡螟幼虫的毒性才受到显著抑制,说明CntRLMN代表另一种独立的锌离子摄取系统。【结论】cntRLMN是受Zur直接负调控的另一种独立的铜绿假单胞菌锌离子摄取系统,对铜绿假单胞菌毒力的发挥起重要作用。     

白假丝酵母CFL1基因通过转录调控参与氧化压力应答

【背景】CFL1基因是白假丝酵母高铁还原酶基因,介导胞外铁离子的还原,在白假丝酵母胞内铁稳态的维持方面发挥着重要作用。【目的】研究CFL1基因调节氧化压力应答的分子机制。【方法】采用液体培养及巨噬细胞模型,测定CFL1缺失对氧化压力耐受性和杀伤巨噬细胞能力的影响;使用羟基自由基清除剂二甲基亚砜(DMSO)分析其对缓解氧化压力敏感性的影响;采用实时荧光定量PCR分析CFL1缺失对氧化压力应答基因表达的影响;采用过氧化氢酶(CAT)活性测定方法研究CFL1缺失对CAT1基因表达的影响;通过构建WT-CAT1-GFP和cfl1Δ/Δ-CAT1-GFP菌株分析过氧化氢酶基因过表达对cfl1Δ/Δ氧化压力敏感性的影响。【结果】白假丝酵母CFL1基因的缺失会造成杀伤巨噬细胞能力的减弱,氧化压力应答基因表达的下降。过氧化氢酶基因的过表达则能恢复与野生型几乎一致的氧化压力水平。【结论】CFL1基因通过转录调控参与白假丝酵母氧化压力应答过程。     

紫草素对白色念珠菌的抑制作用机制

【目的】研究紫草素抑制白色念珠菌的作用机制。【方法】通过微量稀释法测定紫草素对白色念珠菌的最低抑菌浓度(MIC)和最低杀菌浓度(MFC);紫外分光光度法测定紫草素对白色念珠菌细胞膜渗透性的影响;扫描电镜观察紫草素对菌体形态的影响;激光共聚焦显微镜测定紫草素对白色念珠菌细胞内钙离子浓度的影响;卵黄平板培养基法检测紫草素对白色念珠菌的细胞膜磷脂酶活性的影响;RT-PCR检测紫草素对白色念珠菌PLB1和PLB2基因表达量的影响。【结果】紫草素对白色念珠菌有较强的抑制作用,其对白色念珠菌的MIC和MFC分别为16μg/m L和32μg/mL。紫草素能破坏白色念珠菌细胞膜的完整性,使细胞膜的通透性增加,导致细胞内DNA和RNA等大分子物质的泄漏和细胞内钙离子的流失。其中MIC的紫草素作用菌体16 h后,上清液中的DNA和RNA等大分子含量与对照组相比增加了117.32%(P0.01);细胞内的[Ca~(2+)]降低了72.02%(P0.01)。扫描电镜结果也证明了紫草素对白色念珠菌细胞膜的破坏作用。紫草素也能抑制白色念珠菌分泌磷脂酶,且呈浓度剂量依赖。其中,与对照组相比,MIC的紫草素能使白色念珠菌分泌磷脂酶的量下降56.3%(P0.01)。RT-PCR结果显示,紫草素能抑制编码磷脂酶B的基因PLB1和PLB2的表达量,其中1/2 MIC的紫草素作用白色念珠菌16 h后,与对照组相比,PLB1和PLB2基因的相对表达量分别降低了56.4%和61.4%(P0.01)。【结论】紫草素对白色念珠菌有较强的抑杀作用,其作用机制是通过破坏白色念珠菌细胞膜的完整性,增加菌体细胞膜的通透性,导致细胞内DNA和RNA等大分子的泄漏和细胞内[Ca~(2+)]的流失,最终引起菌体的死亡。而紫草素对白色念珠菌磷脂酶分泌的抑制作用,致使其不能及时维护和修复由紫草素造成的细胞膜的破坏和损伤,也是导致菌体死亡的原因。     

嗜水气单胞菌zntR调控的生理功能及其机制研究

【目的】ZntR是一种金属调控蛋白,可催化锌外排基因的转录激活,防止细胞内二价Zn离子过量,但其对细菌生理功能的影响目前尚不清楚。【方法】本研究构建了嗜水气单胞菌ATCC7966(Aeromonas hydrophila,A.h)的zntR缺失株及补救株,对菌株的生物被膜形成能力、溶血活性、运动能力和响应金属离子胁迫等生理表型进行评估。【结果】敲除zntR基因的菌株对锌和铬离子胁迫敏感、对钴离子胁迫耐受,并且生物被膜形成能力下降、运动能力增强,这些表型在其补救菌株中均能得到恢复。进一步利用DIA定量蛋白质组学技术比较野生株和zntR缺失株的蛋白表达差异,发现ZntR还可能参与双组分系统、细菌的趋化性等代谢通路的调控。【结论】该研究结果可为今后深入探讨zntR转录因子参与细菌生理功能的调控机制提供理论依据。     

Pleiotropic effects of RecQ in Deinococcus radiodurans

In Deinococcus radiodurans, there is a unique RecQ homolog (DR1289) with three-tandem HRDC domains. Deletion of drrecQ resulted in a low doubling rate and sensitivity to hydrogen peroxide. Here, we used cDNA microarray and biochemical assays to explore the physiological changes in the drrecQ mutant. The expressions of genes with predicted functions involved in iron homeostasis, antioxidant system, electron transport, and energy metabolism were significantly altered in response to drrecQ disruption. More reactive oxygen species (ROS) was accumulated in drrecQ mutant strain when compared to wild type. In addition, ICP-MS results showed that the intracellular level of iron was relatively higher, whereas the concentration of manganese was lower in drrecQ mutant than in wild type. Furthermore, our microarray data and pulsed-field gel results showed that DNA suffered more damage in drrecQ mutant than in wild type under 20 mM hydrogen peroxide stress. These results suggested that drrecQ is a gene of pleiotropic functions and contributes to the extraordinary resistance of D. radiodurans against stresses.     

Characterization of CaGSP1, the Candida albicans RAN/GSP1 homologue

Gsp1p is a small nuclear-located GTP binding protein from the yeast Saccharomyces cerevisiae. It is highly conserved among eucaryotic cells and is involved in numerous cellular processes, including nucleocytoplasmic trafficking of macromolecules. To learn more about the GSP1 structure/function, we have characterized its Candida albicans homologue. CaGsp1p is 214 amino acids long and displays 91% identity to the ScGsp1p. There is functional complementation in S. cerevisiae, and its mRNA is constitutively expressed in the diploid C. albicans grown under various physiological conditions. Disruption of both alleles was not possible, suggesting that it could be an essential gene, but heterozygous mutants exhibited genomic instability.     

蛋白-O-岩藻糖基转移酶1基因CfPOFUT1在果生炭疽菌中的功能分析

【目的】蛋白-O-岩藻糖基转移酶1 (protein O-fucosyltransferase 1,POFUT1)是催化蛋白质O-岩藻糖基化的关键酶,在动物和人体内被证明调控一系列的生理病理过程,然而POFUT1基因在果生炭疽菌乃至真菌中还未见报道。本研究旨在克隆果生炭疽菌中CfPOFUT1基因,并分析其生物学功能。【方法】利用RT-PCR技术扩增CfPOFUT1的基因并进行生物信息学分析,构建了CfPOFUT1基因的沉默和过表达载体,通过PEG介导法将载体导入原生质体中获得CfPOFUT1基因的沉默和过表达突变体。测定了野生型菌株、CfPOFUT1沉默菌株和过表达菌株在PDA上的菌丝生长、分生孢子产生、萌发与附着胞形成、胁迫应答和致病力、杀菌剂敏感性等生物学表型。【结果】与野生型菌株相比,基因过表达突变体产孢量显著增加,致病力增强,对嘧菌酯敏感性降低,但对多菌灵和咪鲜胺敏感性增强。基因沉默突变体产孢量减少,细胞壁完整性、内质网应激敏感性提高,致病力减弱,对嘧菌酯敏感性提高,但对多菌灵和咪鲜胺敏感性降低。【结论】CfPOFUT1基因参与调控果生炭疽菌分生孢子产量,细胞壁完整性、内质网对应激和药剂敏感性,并对其致病性也具有一定的影响。     

水曲柳中MYBL2基因表达特征分析

MYB转录因子家族是植物中最大的转录因子家族之一,参与植物生长、繁殖和代谢的各个时期,能通过多种方式参与植物抗逆生长。该文在水曲柳中克隆FmMYBL2基因,利用生物信息学分析其结构和表达特征,并构建FmMYBL2蛋白的系统进化树。对水曲柳幼苗进行低温胁迫、盐胁迫处理以及激素分子诱导处理(包括ABA、IAA、GA_3、JA、SA)。分别在0、1、3、6、12、24、48 h取样,利用实时荧光定量PCR对上述处理样品中FmMYBL2基因进行定量分析,并分析了FmMYBL2的时空表达特征。结果表明:(1)克隆得到的FmMYBL2基因全长为762 bp,编码253个氨基酸。(2) FmMYBL2蛋白是亲水性蛋白,氨基酸序列比对表明其与棉花同源关系较近。(3)荧光定量分析表明,FmMYBL2基因响应低温胁迫和盐胁迫,同时ABA、IAA、GA_3、JA、SA共同调控该基因表达。(4)在低温处理1 h、盐胁迫48 h时,虽然FmMYBL2基因表达量最高,激素诱导后表达量持续波动,但其能在短时间内迅速响应。(5) FmMYBL2基因在根、芽、花、种子中均有表达,雄花中的表达量最高。该研究结果为深入研究MYBL2基因功能和水曲柳抗逆生长的调控奠定基础。     

Isolation of cobalt hyper-resistant mutants of Saccharomyces cerevisiae by in vivo evolutionary engineering approach

Cobalt is an important element with magnetic properties used in various industrial applications, but is also needed for biological activity. Very little is known about the cellular response of living systems to cobalt stress. Towards investigating this mechanism, we isolated individual Saccharomyces cerevisiae cells resistant to high cobalt concentrations up to 8 mmol l⁻¹, by employing four different ‘in vivo’ evolutionary engineering strategies: selection under constant or gradually increasing stress levels, and selection under continuous or pulse exposure to cobalt stress. Selection under continuous exposure to gradually increasing cobalt stress levels yielded the most resistant cell population to cobalt. However, the resistance was highly heterogeneous within the mutant populations ranging from 3- to 3700-fold survival rate of isolated individuals to 8 mmol l⁻¹ CoCl₂ in the most resistant population. Moreover, cobalt-resistant individual colonies were associated with 2–4-times lower intracellular cobalt contents as compared to wild-type, and with cross-resistance to metals such as nickel, zinc, manganese, but not to copper and chromium ions. Contrary to mutants evolved under continuous exposure to cobalt, those isolated by pulse exposure strategy also exhibited resistance to heat shock and hydrogen peroxide stress. Taken together, this study reinforced the fact that evolutionary engineering is useful in selecting strains with very specific phenotypes, and further illustrated the importance of the strategy chosen to isolate the best evolved strain.     

白念珠菌CaGDT1基因的功能研究

人类跨膜蛋白TMEM165与酿酒酵母Sc Gdt1均属于阳离子/钙离子交换器家族的成员,在本研究中,通过序列比对在白念珠菌中发现了Sc GDT1的同源基因Ca GDT1,表型互补实验显示Ca GDT1基因的表达能够抑制Sc GDT1基因缺失所造成的钙离子敏感性,证明Ca GDT1是Sc GDT1的同功基因。此外,通过同源重组原理敲除了Ca GDT1的2个等位基因。表型筛选结果表明gdt1/gdt1缺失株对钙离子、细胞壁和内质网3种胁迫均不敏感,而对酮康唑和特比萘芬2种抗真菌药物具有耐受性。     

互花米草NHX2基因的克隆与功能鉴定

NHX2属于CPA1基因家族,编码Na~+/H~+逆向转运蛋白,控制液泡膜中活性K~+的摄取,同时调节气孔的关闭。该研究以耐盐植物互花米草为材料,采用PCR技术克隆NHX2基因,并将其转入拟南芥进行相关功能鉴定。结果显示:(1)成功克隆获得互花米草NHX2基因CDS序列(1 602 bp),命名为SaNHX2,该基因编码533个氨基酸,SaNHX2蛋白的分子量约为58.65 kD,定位于细胞核和细胞膜,表明SaNHX2基因可能发挥转录调控的功能。(2) qRT-PCR结果显示,在ABA、NaCl和干旱胁迫处理下,互花米草叶和根中SaNHX2基因的表达量均上调。(3)为进一步鉴定其功能,成功构建植物表达载体,将SaNHX2基因转入拟南芥;经RT-PCR检测结果显示,SaNHX2基因在转基因植株中过表达;高盐胁迫处理后,转SaNHX2基因拟南芥的主根长度、叶绿素总量和相关胁迫应答基因表达量均高于转空载拟南芥,表明转SaNHX2基因拟南芥的耐盐能力显著增强。研究表明,SaNHX2基因可能在盐胁迫调节机制中发挥调控作用,可作为改良农作物耐盐的重要候选基因。