大肠杆菌氮代谢调节蛋白GlnG与固氮施氏假单胞菌氮代谢调节蛋白NtrC的功能互补研究

旨在围绕大肠杆菌DH10B(Escherichia coli DH10B)中氮代谢调节蛋白GlnG与施氏假单胞菌A1501(Pseudomonas stutzeriA1501)中氮代谢调节蛋白NtrC在一般氮代谢调控网络中是否存在功能互补展开研究。利用DH10B菌的glnG基因回补A1501菌的ntrC突变株,以及A1501菌的ntrC基因回补DH10B菌的glnG突变株,对所获得的功能互补株分别展开生理生化表型测定。结果表明,在以硝酸钾或尿素为唯一氮源的培养条件下,DH10B glnG基因可以回补A1501ntrC突变株的氮源利用能力,并且部分恢复ntrC突变株的固氮酶活性(约为野生型A1501固氮酶活性的45%);与DH10B glnG突变株相比,A1501菌的ntrC基因回补了DH10B glnG突变株以精氨酸为唯一氮源的生长能力。以上结果说明DH10B菌的GlnG蛋白与A1501菌的NtrC蛋白不仅在进化关系上紧密联系而且在所测试的氮代谢途径中存在功能互补。     

铁吸收调节蛋白的研究现状

铁吸收调节蛋白(ferric uptake regulator,Fur)是多种微生物菌体内调控铁的一种蛋白质,它编码一个铁感应器以及转录调控因子,可以根据细胞内Fe2+的浓度,氧化应激以及毒性来调控铁载体合成相关基因的表达。研究发现Fur不仅调节与铁相关的物质代谢,也与其他的物质代谢有着紧密的联系。综合国内外研究进展介绍了Fur的结构与功能,阐述了Fur在生物冶金、农业、医药等方面的研究进展,并对其应用前景以及研究趋势进行了展望。     

铜绿假单胞菌铁摄取调节子Fur诱导表达突变株构建及表型分析

铁摄取调节子 (Ferric uptake regulator,Fur) 是细菌控制细胞内铁平衡的一类重要的调节子。铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa的fur为必需基因,不能直接敲除。文中通过构建诱导型缺失突变株Δfur/attB::PBAD-fur,来研究该基因对铜绿假单胞菌的生长、生物被膜形成、运动能力和抗氧应激能力等方面的影响。结果表明,当Fur低表达时,铜绿假单胞菌在高铁和低铁环境中出现了生长阻滞的现象;低表达Fur的铜绿假单胞菌抵抗H2O2的能力降低,形成生物被膜的能力减弱,游动、颤动 (Twitching) 和丛集 (Swarming) 运动能力也出现了减弱的现象。Fur的表达直接影响铜绿假单胞菌荧光嗜铁素的产量。在铜绿假单胞菌体内表达来自格瑞菲斯瓦尔德磁螺菌Fur超级家族中的蛋白,可以部分恢复铜绿假单胞菌荧光嗜铁素的产量。由此说明,Fur对铜绿假单胞菌的生长、生物被膜形成、抗氧应激能力和运动能力方面都起着至关重要的作用。本研究为铜绿假单胞菌的防治提供理论指导。     

调控子fur影响霍乱弧菌生物膜的形成

目的:铁摄取调节蛋白Fur,其在细菌体内维持铁代谢稳态中担任着抑制剂和激活剂的双重角色,已有研究证实Fur还是霍乱孤菌的毒力调控子.研究证实生物膜的形成和游动性与霍乱弧菌的毒力相关,因此我们通过一系列表型实验分析Fur蛋白对霍乱弧菌生物膜形成影响,并预测依赖Fur与霍乱弧菌致病相关的基因,为后续研究做准备.方法:基于自杀质粒缺失霍乱弧菌的Fur基因,并构建相应回补株及蛋白表达株;通过表型实验,比较霍乱弧菌野生株和fur突变株在细菌运动能力、生物膜形成.结果:成功构建霍乱弧菌fur缺失株,回补株和蛋白表达株,His-Fur蛋白在上清液表达.表型实验表明fur突变株的菌株游动性降低,生物膜形成能力增强.结论;因此我们得出Fur可能与其它调控子一起,调控霍乱弧菌的表多糖,TCP和鞭毛蛋白的合成,从而抑制霍乱弧菌生物膜的合成.转录调控子Fur直接或间接调控一些与环境生存和致病相关的基因,对霍乱弧菌的传播、侵染、定殖等过程发挥作用奠定了基础.     

固氮施氏假单胞菌A1501四碳二羧酸结合蛋白DctP的功能及表达特性

【目的】研究施氏假单胞菌(Pseudomonas stutzeri)A1501四碳二羧酸结合蛋白Dct P的生物学功能和自身表达特性。【方法】构建结合蛋白编码基因dct P的非极性突变株,测定dct P突变株以不同四碳二羧酸(琥珀酸延、胡索酸、苹果酸)为唯一碳源时的生长情况和固氮酶活性;构建dct P基因启动子的融合表达载体dct P-lac Z,将其分别转入野生型A1501和ntr BC、rpo N和dct B突变株中,测定在不同四碳二羧酸为唯一碳源诱导条件下重组菌株中的β-半乳糖苷酶活性。【结果】dct P基因的突变使菌株丧失了四碳二羧酸的利用能力,影响了菌株的固氮酶活性;苹果酸、延胡索酸、琥珀酸对dct P-lac Z具有明显的诱导作用;在rpo N、ntr BC和dct B突变株中,dct P的表达量均显著降低。【结论】Dct P蛋白在四碳二羧酸的利用过程中起重要的作用,dct P基因的表达是Rpo N依赖型,可被四碳二羧酸诱导,受到调控蛋白Ntr BC/Dct B的协同调控。     

耐辐射奇球菌铁结合蛋白DRA0258的抗氧化功能

【目的】通过对极端环境耐受的耐辐射奇球菌Deinococcus radiodurans R1全基因组进行序列比对分析,获得具有铁储备蛋白Ferritin类似功能基序的未知功能蛋白DRA0258,采用分子生物学技术对该蛋白的功能和性质进行了验证和分析。【方法】首先对DRA0258进行克隆表达和纯化,并经络合物显色法测定蛋白上铁结合含量;通过三段连接敲除法构建dra0258突变株,检测突变株在双氧水协迫下的生存率、总抗氧化活性及过氧化氢酶活性;利用实时定量PCR检测突变株内抗氧化酶类及铁转运相关性调控蛋白的基因转录水平。【结果】经体内外蛋白铁含量检测证实DRA0258具有一定的铁结合能力;双氧水生存率实验表明dra0258的缺失导致细胞的抗氧化能力显著下降;过氧化氢酶活性、总抗氧化活性检测及抗氧化酶类的基因转录水平检测证实dra0258基因的缺失导致细胞内一些抗氧化基因转录水平下调,细胞的抗氧化应激系统受到损伤,并影响了一些铁调控网络蛋白的基因转录水平。【结论】本研究证实DRA0258是一种铁结合蛋白,该编码基因的缺失影响胞内铁转运系统并使细胞抗氧化能力下调。     

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.     

匍枝根霉纤维二糖合成酶胞内糖基供体的初探及结构功能研究

纤维二糖可有效诱导丝状真菌产纤维素酶,前期研究表明匍枝根霉Rhizopus stolonifer TP-02具有纤维二糖合成酶(CBS),可以尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)为糖基供体合成纤维二糖,从而开启纤维素酶的自诱导合成途径。为研究R. stolonifer中纤维二糖的胞内合成途径,通过重叠PCR在GDP-葡糖焦磷酸化酶基因ggp中引入硫胺吡啶抗性基因ptrA,分别转化原菌TP-02和△ugp突变株,构建△ggp和△ugp/△ggp突变株。利用液质联用(LC-MS)检测突变株的胞内糖组分,发现ggp的缺失对胞内纤维二糖合成的影响较弱,但同时缺失ugp则将直接导致二糖合成受阻。RT-qPCR结果显示△ggp突变株中纤维素酶基因转录水平较原株TP-02下调20%左右,而△ugp/△ggp突变株中被测基因的转录水平则出现了高达80%左右的下调。同时对突变株纤维素酶表达水平进行研究,发现△ugp/△ggp突变株中几乎检测不到纤维素酶活力。结果显示,UDPG为R. stolonifer胞内合成纤维二糖的主要糖基供体,而GDPG可能是UDPG的替代物,在UDPG不足时维持胞内二糖合成。此外,利用生物信息学方法对CBS结构功能深入分析,经丙氨酸扫描确定其合成纤维二糖的关键作用残基为Asp210和Asp300,为后续进一步研究及理性改造提供方向和理论依据。     

铁摄取调节子在细菌铁离子代谢中的调节及其机制

铁离子是大多数细菌生存所必需的营养物质,但是过多的铁离子通过芬顿反应产生的活性氧（reactive oxygen species, ROS）对细菌造成损伤。因此,细菌必须严格控制体内铁离子浓度。铁摄取调节子（ferric uptake regulator,Fur）是细菌铁离子代谢中最重要的调节子。Fur通过抑制或者激活基因的转录,来调节与铁摄取、利用和储存相关的基因,维持胞内铁离子浓度动态平衡。此外,Fur还参与细菌的氧化应激、抗酸能力、毒力和能量代谢等多种生物过程的调节。本文对Fur参与的生物过程及调节机制进行介绍,以期为进一步研究其他细菌Fur的调节机制,以及Fur在细菌应对环境变化中所起作用提供参考。     

肺炎支原体铁吸收调节蛋白基因的克隆表达与纯化

[目的]克隆肺炎支原体铁吸收调节蛋白(Fur)基因并纯化Fur蛋白,为研究其生物学功能奠定基础。[方法]利用Clustal Omega分析肺炎支原体Fur蛋白及其同源序列并用MEGA6.0构建进化树,通过PCR扩增Fur基因并对其进行双酶切,然后连接到p ET28a,得到重组载体p ET28a-Fur,将其转化大肠杆菌BL21(DE3),利用IPTG诱导Fur蛋白表达,并通过亲和层析纯化Fur蛋白。[结果]多序列比对和进化树分析表明Mp含有一个Fur蛋白。克隆得到大小为477 bp的Fur基因,编码159个氨基酸。得到重组表达质粒p ET28a-Fur,该质粒能在大肠杆菌中能高效表达,并纯化得到重组Fur蛋白。[结论]成功克隆获得Mp Fur基因,在大肠杆菌中高效表达并获得高纯度Fur蛋白。     

Identification and cloning of a fur regulatory gene in Yersinia pestis.

Yersinia pestis is one of many microorganisms responding to environmental iron concentrations by regulating the synthesis of proteins and an iron transport system(s). In a number of bacteria, expression of iron uptake systems and other virulence determinants is controlled by the Fur regulatory protein. DNA hybridization analysis revealed that both pigmented and nonpigmented cells of Y. pestis possess a DNA locus homologous to the Escherichia coli fur gene. Introduction of a Fur-regulated beta-galactosidase reporter gene into Y. pestis KIM resulted in iron-responsive beta-galactosidase activity, indicating that Y. pestis KIM expresses a functional Fur regulatory protein. A cloned 1.9-kb ClaI fragment of Y. pestis chromosomal DNA hybridized specifically to the fur gene of E. coli. The coding region of the E. coli fur gene hybridized to a 1.1-kb region at one end of the cloned Y. pestis fragment. The failure of this clone to complement an E. coli fur mutant suggests that the 1.9-kb clone does not contain a functional promoter. Subcloning of this fragment into an inducible expression vector restored Fur regulation in an E. coli fur mutant. In addition, a larger 4.8-kb Y. pestis clone containing the putative promoter region complemented the Fur- phenotype. These results suggest that Y. pestis possesses a functional Fur regulatory protein capable of interacting with the E. coli Fur system. In Y. pestis Fur may regulate the expression of iron transport systems and other virulence factors in response to iron limitation in the environment. Possible candidates for Fur regulation in Y. pestis include genes involved in ferric iron transport as well as hemin, heme/hemopexin, heme/albumin, ferritin, hemoglobin, and hemoglobin/haptoglobin utilization.     

Fur in Magnetospirillum gryphiswaldense influences magnetosomes formation and directly regulates the genes involved in iron and oxygen metabolism

Magnetospirillum gryphiswaldense strain MSR-1 has the unique capability of taking up large amounts of iron and synthesizing magnetosomes (intracellular magnetic particles composed of Fe(3)O(4)). The unusual high iron content of MSR-1 makes it a useful model for studying biological mechanisms of iron uptake and homeostasis. The ferric uptake regulator (Fur) protein plays a key role in maintaining iron homeostasis in many bacteria. We identified and characterized a fur-homologous gene (MGR_1314) in MSR-1. MGR_1314 was able to complement a fur mutant of E. coli in iron-responsive manner in vivo. We constructed a fur mutant strain of MSR-1. In comparison to wild-type MSR-1, the mutant strain had lower magnetosome formation, and was more sensitive to hydrogen peroxide and streptonigrin, indicating higher intracellular free iron content. Quantitative real-time RT-PCR and chromatin immunoprecipitation analyses indicated that Fur protein directly regulates expression of several key genes involved in iron transport and oxygen metabolism, in addition it also functions in magnetosome formation in M. gryphiswaldense.     

Characterization of Vibrio parahaemolyticus manganese-resistant mutants in reference to the function of the ferric uptake regulatory protein

In many bacteria, the ferric uptake regulatory protein (Fur) has a central role in the negative regulation of genes affected by iron limitation. In this study, Vibrio parahaemolyticus strains carrying mutations in the fur gene encoding Fur were isolated by the manganese selection method to assess the function of Fur in connection with alternations in the coordinate expression of the siderophore vibrioferrin (VF) and iron-repressible outer membrane proteins (IROMPs). Ten out of 25 manganese-resistant mutants constitutively produced VF and expressed at least two IROMPs irrespective of the iron concentration in the medium. PCR-direct DNA sequencing of the fur genes in these mutants identified four different point mutations causing amino acid changes. Moreover, a fur overexpressing plasmid was constructed to prepare antiserum against V. parahaemolyticus Fur. Western blotting with this antiserum revealed that the intracellular abundance of the wild-type Fur was not significantly affected by the iron concentrations in the growth medium, and that the Fur proteins of the mutant strains occurred at substantially smaller amounts and/or migrated more rapidly in sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis than the wild-type Fur. These data afford an additional insight into the structure-function relationship of Fur and imply its involvement in the iron acquisition systems of V. parahaemolyticus, although it is yet unknown whether its action on the target genes is direct or indirect.