革兰氏阴性菌TonB-ExbB-ExbD复合物的功能、作用机制、分布及进化分析

革兰氏阴性菌在生长繁殖过程中需要从外界摄取营养物质。一些小分子营养物质可以自由地通过革兰氏阴性菌的细胞膜,而一些大分子营养物质的转运需要特异性的TonB复合物依赖性的外膜受体进行转运。TonB复合物由TonB、ExbB、ExbD构成,是革兰氏阴性菌对外界营养物质主动转运过程的能量提供单位,在革兰氏阴性菌分布广泛。近年来,对TonB-ExbB-ExbD复合物的功能、结构及作用机制取得了重大研究进展,然而此复合物在不同的细菌也存在功能及作用机制上的差异。基于此背景,本文综述了TonB复合物的功能和结构研究进展,并分析了TonB复合物在革兰氏阴性菌中的分布、进化,比较了不同革兰氏阴性菌此复合物的差异,有助于进一步发现和揭示TonB复合物的新功能。     

革兰氏阴性菌TonB依赖性受体的功能与结构研究进展*

为维持生长所需,革兰氏阴性菌需要从外界摄取多种营养物质。分子量小于600 Da的分子可以通过自由扩散的方式通过革兰氏阴性菌的外膜,而大分子物质则需要特殊的转运系统才能将其转运至革兰氏阴性菌的胞内。革兰氏阴性菌对大分子营养物质的识别和转运主要由TonB依赖性受体负责完成。所有革兰氏阴性菌中均有TonB依赖性受体的存在,然而不同种类的革兰氏阴性菌拥有TonB依赖性受体的数量不同且功能各异。最近研究表明,TonB依赖性受体不仅参与了铁、血红素、锰、锌、镍、维生素、碳水化合物等多种营养物质的摄取,而且参与了蛋白酶的分泌。为对TonB依赖性受体提供更为深入和系统的理解,详细介绍了目前已知的TonB依赖性受体的功能及结构,以期为更进一步探知TonB依赖性受体未知功能提供可参考依据。     

部分革兰氏阴性菌TonB蛋白的结构特点及作用机制

摘要:在革兰氏阴性菌内,TonB系统对环境中的重要营养物质的摄取至关重要。TonB系统由锚定在内膜的ExbB-ExbD和周质蛋白TonB组成,它为TonB依赖性外膜受体(TBDTs)提供能量,使其转运营养物质。TonB系统普遍参与了铁、血红素、维生素B12、碳水化合物及多种过渡金属元素等多种重要物质的转运过程。TonB蛋白的功能与其特殊的结构密切相关,它的结构包括起固定作用的氨基端结构域、柔韧可变的脯氨酸富集的中间结构域和与TonB依赖性受体相互作用的羧基端结构域。虽然TonB蛋白结构特点较为清晰,但 其精确作用机制尚未被完全揭示。本文综述了革兰氏阴性菌TonB依赖性的营养物质摄取、TonB蛋白的结构特点、作用机制模型及表达调控,以期为进一步研究TonB蛋白功能提供理论基础和参考。     

革兰氏阴性菌血红素转运系统结构及功能特点

铁是大多数生物包括细菌生存的必需营养元素．对于感染宿主的致病细菌,血红素(heme/haem)可作为一种主要的铁来源．血红素转运系统在革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌中均有发现和鉴定,其转运机制在革兰氏阴性菌中有较为深入研究．革兰氏阴性菌血红素转运系统主要由分泌于细胞外的血红素载体(hemophore)、血红素受体、TonB ExbB ExbD复合物、ABC转运体、血红素降解蛋白和调控蛋白等结构单元组成．对参与该系统的各个蛋白结构特点以及它们之间的相互作用机制的讨论,有助于对病原菌致病机制的深入研究和抗菌新药的研发．     

鸭疫里默氏杆菌铁离子代谢机制研究进展

铁离子是大多数细菌生存所必需的一种营养物质,但过多的铁离子会通过芬顿反应产生的活性氧对细菌造成损伤。因此,细菌通过摄取、调控、螯合、外排等机制维持体内铁离子的稳态。鸭疫里默氏杆菌(Riemerella anatipestifer)是一种最新被归类于威克斯菌科里氏杆菌属的革兰氏阴性菌。该菌主要感染禽类,参与该菌的铁离子代谢基因具有特别之处。本文对鸭疫里默氏杆菌铁离子代谢机制研究进展进行了系统总结和阐述,包括该菌的TonB系统、TonB依赖性受体、Fur蛋白及Dps蛋白等在铁离子转运、调控、螯合中的功能,以及以上蛋白在鸭疫里默氏杆菌致病中的作用,以期更全面地理解鸭疫里默氏杆菌铁代谢机制,并为进一步深入研究该菌铁离子代谢提供理论依据和参考。     

革兰氏阴性菌脂蛋白Lol系统转运蛋白的功能及表面展示分泌机制

细菌脂蛋白是细胞膜的重要组成成分,在革兰氏阴性菌的生理及致病性中扮演着重要的角色。革兰氏阴性菌中已知负责胞内脂蛋白转运的是Lol(Localization of lipoprotein)系统。该系统识别成熟脂蛋白的分泌信号,将外膜脂蛋白转运并定位于细胞外膜内侧。近年来的研究发现,跨细胞外膜进行表面展示的脂蛋白实际上在革兰氏阴性菌中广泛存在,其分泌机制开始成为研究热点。为了对革兰氏阴性菌中脂蛋白分泌机制的研究现状有一个系统全面的了解,本文概述了脂蛋白转运过程中Lol系统5个转运蛋白的功能与保守性、不同细菌中脂蛋白分泌信号的差异以及表面展示脂蛋白可能的分泌机制。     

细菌内依赖TonB的外膜铁转运体的研究进展

铁是细菌所必需的微量营养元素,但由于易被氧化溶解性低,生物体的利用率大大降低。细菌在进化过程中形成多种策略来吸收环境中低浓度的铁,不同类型铁的吸收通过外膜上依赖TonB的转运体(TonB-dependent transporters,TBDTs)完成,TBDTs结合不同形式的铁复合物,通过内膜上的TonB-ExbB-ExbD复合物提供能量完成转运,对其机制的研究一直是微生物基础生命活动研究中的热点问题。近年来新鉴定了一些TBDTs的结构,并对其功能和转运机制有了更深入的研究,对此进行了综述,不仅有助于进一步揭示细菌的铁转运机制,而且有助于寻找新的靶位点以开发新的治疗药物。     

革兰氏阴性菌脂多糖运输系统的构成及作用机制

革兰氏阴性菌包含有两层组分不同的膜结构——内膜和外膜,对大多数革兰氏阴性菌而言,脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)是其外膜上最主要的脂质成分,锚定在外膜小叶(the outer leaflet of the OM)上,是革兰氏阴性菌固有免疫的重要组成部分。脂多糖运输系统(lipopolysaccharide transport system,Lpt)将胞内装配完整的LPS正确装配到外膜,使得与脂多糖相关的阻渗、有机溶剂耐受性、疏水性抗生素耐受性、膜通透性等功能得以实现。该运输系统的正确作用主要依赖7个不同的脂多糖运输蛋白(Lpt ABCDEFG)协同完成,整个系统贯穿细菌内膜至外膜,由内膜上ABC转运体复合物Lpt B2FG、胞质内转运协同蛋白Lpt A/C及被许多学者称作脂多糖运输的"命门"的外膜蛋白复合物Lpt DE共同构成。本文就革兰氏阴性菌脂多糖的具体结构功能进行简介,进而综述脂多糖运输系统的7个蛋白的构成和作用机制,以期为进一步研究该系统中每个蛋白的功能提供理论基础及参考。     

希瓦氏菌铁稳态及调控的研究进展

铁元素通常以蛋白辅因子的形式参与一系列重要的生命过程,是绝大多数生命必需的营养物质。在细菌生命过程中,一方面铁短缺是必须克服的严峻挑战,另一方面铁过量又会危及生命。铁的这种二元性质要求细菌必须严格保持体内的铁稳态。当前革兰氏阴性菌铁稳态的作用模式及理解主要基于肠道细菌大肠杆菌的长期探索成果。近年来,在环境细菌中开展的相关研究揭示了革兰氏阴性菌的铁稳态机制存在出乎意料的多样性:细菌中铁稳态相关的生物途径及组成蛋白、关键调控系统的生理影响以及铁稳态与其他生物过程的相互影响等方面都显示不同菌种的生存和进化特征。本综述以希瓦氏菌中的相关发现为基础,分析总结革兰氏阴性菌铁稳态重要途径及其组成的多样性、不同途径的相互影响以及调控因子的生理影响和调控机理等方面的研究进展和未解决的问题,以期为革兰氏阴性菌铁稳态的研究提供参考。     

革兰氏阴性菌Ⅵ型分泌系统及其参与金属离子转运的研究进展

细菌通过其分泌系统将特定的效应蛋白输送到外界环境或进入靶细胞中,从而在细菌和宿主、细菌和微生物群落的相互作用中占据适应性优势。Ⅵ型分泌系统（The type VI secretion system,T6SS）是革兰氏阴性菌中广泛存在的大分子分泌装置,其结构和功能类似于可收缩的噬菌体尾针样,通过细胞间直接接触将细菌各种酶或毒素效应蛋白转运到原核和真核生物中,从而介导细菌间竞争以及对宿主的致病过程。有些效应蛋白还可通过非接触依赖的方式进入胞外环境来帮助细菌获取稀缺金属离子,并且它们对应激条件下细胞内金属稳态的维持至关重要。这篇综述总结了Ⅵ型分泌系统的结构、组装及其分泌的效应蛋白,并重点阐述了Ⅵ型分泌系统在多种金属离子转运机制中作用的研究进展,有助于理解T6SS在细菌间相互作用和细菌感染过程中发挥的重要作用。     

犬髋关节发育不良数量性状位点及致病基因研究进展

犬髋关节发育不良(canine hip dysplasia,CHD)是一种以髋关节松弛为主要特征的先天遗传性疾病,受环境和基因共同作用,发病率较高,但其发病机制尚未完全明了。近年来,在CHD基因组学研究方面取得了重要进展,譬如,发现数量性状位点(quantitative trait locus,QTL)与CHD中髋关节Norberg角、背外侧半脱位评分及分离指数存在联系,FBN2、LRR1、COL6A3与FN1等基因也与CHD的发生相关。为进一步明确CHD的发病机制,本文就CHD相关的QTL及相关候选致病基因的研究进展,尤其对相关QTL在染色体中的位置与功能以及候选致病基因的功能进行综述。     

土壤铅胁迫对地被竹出笋成竹的影响研究

以6种地被竹(菲黄竹、菲白竹、铺地竹、美丽箬竹、白纹椎谷笹和狭叶倭竹)为材料,设计3个土壤铅浓度处理(0、300、1500mg·kg^-1),研究土壤铅胁迫对地被竹出笋成竹数量和新竹抗逆生理特性的影响,并采用隶属函数法对地被竹出笋成竹期的土壤铅耐受性进行综合评价。结果表明:(1)土壤铅胁迫对地被竹笋期节律的影响主要出现在出笋盛期(4~5月),发笋数的降低会导致多数竹种退笋率下降,以稳定新竹数量,只有菲白竹、白纹椎谷笹、狭叶倭竹的新竹数在高浓度土壤铅胁迫下显著低于CK,降幅分别为15.87%、23.64%和31.25%。(2)土壤铅胁迫会普遍引起地被竹新竹超氧阴离子和丙二醛含量的增加,在高浓度铅胁迫下铺地竹中二者含量最低(9.96μg·g^-1、0.016μmol·g^-1),狭叶倭竹的超氧阴离子含量最高(15.99μg·g^-1),菲黄竹的丙二醛含量最高(0.021μmol·g^-1)。(3)与其余4个竹种不同,在土壤铅胁迫下白纹椎谷笹和狭叶倭竹不能显著积累游离脯氨酸,细胞渗透调节作用弱。(4)6种地被竹在出笋成竹期对高浓度土壤铅的耐受性排序为:美丽箬竹(0.79)>铺地竹(0.75)>菲白竹(0.70)>狭叶倭竹(0.49)>白纹椎谷笹(0.39)>菲黄竹(0.38),其中美丽箬竹、铺地竹和菲白竹出笋成竹数量正常,且具有较强的抗逆生理特性,具有在高浓度土壤铅污染地区应用的潜力。     

大麦黄花叶病相关基因WRKY55的克隆及功能研究

大麦黄花叶病是我国长江中下游地区大麦种植区域的主要病毒病害,由大麦黄花叶病毒(BaYMV,Barley yellow mosaic virus)及大麦和性花叶病毒(BaMMV,Barley mild mosaic virus)引起,自然条件下病毒寄生于禾谷多黏菌中,通过感染大麦根部导致病害发生。本研究通过分析RNA-seq数据,获得感染BaMMV后上调表达的基因HORVU1Hr1G069640(WRKY55)。荧光定量PCR分析发现WRKY55在感病品种中的表达水平极显著高于抗病材料,说明WRKY55参与到大麦感染黄花叶病的过程。WRKY55全长870 bp,在415～594位核苷酸之间含有WRKY保守结构域,系统进化分析显示该基因位于独立的进化分枝。组织表达分析发现该基因主要在根部和幼嫩组织中表达,而其他成熟部位表达较少甚至没有。农杆菌介导的烟草亚细胞定位实验发现WRKY55位于整个细胞。酵母转录因子活性分析实验未检测到转录激活活性,酵母双杂交实验未检测到WRKY55与感病基因编码蛋白eIF4E和PDIL5-1存在物理相互作用。这些结果显示WRKY55参与到大麦黄花叶病感染。     

中国荞麦属植物分类学的修订

荞麦是一种蓼科(Polygonaceae family)荞麦属(Fagopyrum Mill)的古老作物,在全世界,尤其是东亚及东欧地区广泛种植。数千年以来,荞麦都是中国凉山等高海拔地区的主要粮食作物,其营养丰富,其中富含的芦丁等生物活性成分还具有抗氧化、抗肿瘤的功效。荞麦的栽培种甜荞和苦荞已经被广泛传播,但野生荞麦却只在特定区域分布。中国西南地区,包括四川、云南、贵州各省以及西藏自治区,是公认的世界荞麦属植物的起源中心、分布中心和多样化中心,荞麦种质资源非常丰富。目前已有文献报导的荞麦属植物超过20种,其绝大多数已在中国西南地区被发现,该地区的地理环境非常复杂,孕育了极具多样性的野生荞麦资源。但截至目前,这些已报导的种还没有经过科学的归类,同种异名的现象比较严重,本研究团队从2004年至今,在中国西南地区进行了多年多次的野外考察和标本采集工作,并在室内进行花和果实的解剖观察,获得了大量的荞麦属植物分类学数据。基于这些数据和荞麦染色体数量分析,经馆藏标本和模式照片的对比,并综合国内外相关文献,对中国荞麦属植物进行了分类学修订,将产自中国的荞麦属28个种归并为21个:即将Fagopyrum megaspartanium Q. F.Chen,F. pilus Q. F. Chen并入F. cymosum (Trrev)Meisn作为异名;F. pleioramosum Ohnishi,F. wenchuanense J.R.Shao并入F.caudatum (Samuelsson) A. J. Li作为异名;F. callianthum Ohnishi并入F.qiangcai D.Q.Ba作为异名;F. zuogongense Q.F.Chen并入F. homotropicum Ohnishi作为异名;F. longzhoushanense J.R.Shao并入F. pugense T.Yu作为异名。重新制定了21个种的分种检索表。本文将有助于重新认识荞麦属植物的进化地位,并为后续进一步探究属中各个种的亲缘关系奠定了基础。     

以肠道菌群为靶向的粪菌移植法及其在畜牧业的应用潜能

肠道微生物与宿主机体健康息息相关。粪便微生物移植(又称为粪菌移植,fecal microbiota transplantation,FMT)通过将健康供体粪便中的完整肠道菌群移入肠道微生态失衡的患者胃肠道内,经肠道菌群重构、恢复至正常状态。用FMT治疗某些肠道疾病如复发性艰难梭菌感染、溃疡性结肠炎、肠易激综合症、克罗恩病效果显著,且可能对因肠道菌群紊乱引起的肠道外疾病的治疗有潜在价值。本文主要对FMT技术的发展进程、在疾病上的研究以及在畜牧业上的应用潜能进行综述,并分析其应用的制约因素。     

利用CRISPR/Cas9技术构建流感病毒高产细胞系MDCK-Tpl2-/-

Tpl2是调节I型(IFNα/β)和II型(IFNγ) IFN的关键调控因子,对病毒感染期间产生有效免疫应答至关重要。为了建立支持流感病毒高效繁殖的新型MDCK细胞系,利用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建Tpl2基因敲除的MDCK细胞,绘制其细胞生长曲线;根据《中国药典》第三部,对细胞进行形态检查、内外源因子和致瘤性检测;流感病毒接种细胞(MOI=0. 1),测定12h、24h、48h、72h细胞培养上清的血凝滴度及72h TCID50滴度。结果:靶基因组测序结果显示,获得一株稳定敲除Tpl2的MDCK细胞(MDCK-Tpl2^-/-);其与亲本细胞生长速率无显著差异,均为贴壁、上皮样细胞形态;细胞内细菌、真菌、支原体、病毒及致瘤性检测均为阴性;病毒接种后12h、24h、48h、72h,MDCK-Tpl2^-/-细胞培养上清的血凝效价提高了1. 78～2. 5倍。病毒接种后72h,MDCK-Tpl2^-/-细胞培养上清病毒的TCID50滴度提高了2. 8倍。结果表明,利用Tpl2缺陷型MDCK细胞系可以提高流感病毒产量,为提升疫苗质量奠定基础。     

小鼠正常黑色素细胞与黑色素瘤细胞(B16)mRNA表达差异分析

黑色素瘤是一种高侵袭性的恶性皮肤肿瘤,转移率高、预后差。研究黑素瘤细胞生物学特性对黑素瘤的治疗和控制具有重要的意义。本研究以C57BL/6J小鼠的正常黑色素细胞及B16黑色素瘤细胞为研究对象,采用二代测序技术分析两种细胞间的转录组表达差异,筛选差异基因,为后续黑色素瘤的形成机制研究提供理论依据。采用差异倍数及错误率分析测序数据,鉴定出1 436个新的mRNA和4 086个差异表达的已知mRNA。GO数据库和KEGG数据库分析显示,差异表达的mRNAs参与了149个调控途径,主要集中在疾病调控、细胞周期调节和环境信息调控方面。qRT-PCR及Western印迹检测发现,调节细胞增殖、迁移的Pdgf-B、Integrinβ1和Integrinβ5以及调节黑色素颗粒增加的Mitf、Tyr、Tyrp1和Tyrp2在B16细胞中的表达量显著高于在正常黑色素细胞中的表达。本研究获得的差异基因为后续黑色素瘤的研究提供了新的候选基因。     

我国实验小型猪的发展现状及展望

实验动物广泛应用于科学研究领域,实验小型猪在医学研究领域中越来越得到重视。中国小型猪种源丰富,不同种群各具特色,遗传性状稳定。近年来中国实验小型猪的研究处于快速发展阶段,生产和使用均在逐年增加。我国发展实验小型猪具有天然封闭群特性和高度近交等得天独厚的条件,品系化、标准化、规模化和产业化是我国实验用小型猪的主要发展趋势。我国实验用小型猪发展当前面临的问题主要表现在:保护力度小、发展阻力大、育成品系少三个方面。育成中国各具特色的实验用小型猪品系需要增加投入,利用先进的科学技术例如基因编辑和动物克隆技术,加速小型猪的定向化培育进程。