华癸根瘤菌urtB基因突变株的构建与共生固氮表型分析

【目的】尿素ABC转运体透性酶亚基编码基因urtB可能参与尿素代谢及支链氨基酸转运;本文旨在获得实验证据阐明urtB基因对华癸根瘤菌结瘤和固氮的影响,为深入研究其功能机制提供一定的科学依据。【方法】利用生物信息学分析urtB基因的结构特征及生物学功能,通过荧光定量检测urtB基因在自生和共生条件下的时空表达特征和启动子原位表达技术检测urtB基因组织表达特征,采用插入突变构建urtB突变株,通过植物盆栽并结合添加氮素处理,检测与分析突变体的共生固氮表型变化。【结果】分析表明urtB基因对于氮素转运非常重要,在共生条件下的表达水平比自生培养条件下显著上调表达;在成熟根瘤的固氮区中大量表达;正确构建和筛选获得了根瘤菌urtB突变株;接种urtB突变株与野生型菌株7653R相比较,突变体根瘤发育异常;植株地上部分生物量和根瘤固氮酶活性显著降低;添加氮素可恢复其共生缺陷表型。【结论】华癸中慢生根瘤菌urtB基因可能通过影响根瘤中氮转运或同化,进而在根瘤发育与共生固氮中发挥重要作用。     

华癸中慢生根瘤菌7653R MCHK-3535基因在自生和与紫云英共生中的功能

【目的】探究Mesorhizobium huakuii 7653R MCHK-3535基因在共生固氮中的功能。【方法】构建MCHK-3535插入失活突变体、超表达和互补菌株,对其进行共生表型鉴定;并测定各菌株的生长曲线、运动性及生物膜形成;利用qRT-PCR方法和组织表达定位分析MCHK-3535在共生过程中的时空表达特征。【结果】与野生型7653R相比,突变体Δ3535达到稳定期的生物量增加,运动性下降,生物膜形成增加。此外,MCHK-3535基因的失活会显著提高紫云英固氮能力和植物地上部分鲜重,但不影响根瘤数量及重量;且互补菌株C3535能部分回补到野生型性状,超表达菌株OV3535均无显著性差异;qRT-PCR和启动子组织表达定位发现,MCHK-3535基因主要在根瘤的侵染区、过渡区及固氮区表达,并且表达持续整个固氮期。【结论】MCHK-3535基因在自生及与紫云英共生过程中发挥重要功能,参与根瘤的正常发育并负向调控固氮酶活性。     

华癸中慢生根瘤菌7653R 3个脂质转运蛋白基因的克隆、突变及共生表型北大核心CSCD

【目的】脂类转移家族蛋白基因编码一类参与脂类转运及代谢的蛋白。本研究旨在构建华癸中慢生根瘤菌3个脂质转运家族蛋白基因的突变株,检测及分析突变体与紫云英共生条件下的表型及功能。【方法】利用生物信息学分析与预测转脂蛋白的结构特征及功能,采用荧光定量技术检测目标基因在自生和共生条件下的表达特性,通过插入突变技术构建目标基因突变株,并进行植物盆栽实验考察其共生表型。【结果】MCHK-5577、MCHK-2172和MCHK-2779基因编码蛋白属于START/RHO alpha_C/PITP/Bet_v1/Cox G/Cal C(SRPBCC)超家族,包含脂类转移结构域,参与脂类转运或代谢,与百脉根等中慢生根瘤菌相应基因的序列相似性达95%以上。这3个基因在共生条件下的表达水平都增高。分别构建了MCHK-5577、MCHK-2172和MCHK-2779基因突变菌株,与野生型菌株7653R相比,接种突变株MCHK-2172mut、MCHK-2779mut和MCHK-5577mut后的植株地上部分生物量和根瘤固氮酶活性显著降低。【结论】华癸中慢生根瘤菌脂质转移家族蛋白基因在共生互作过程中发挥重要作用,突变后明显影响共生固氮表型。本文的实验结果为深入研究脂类转移蛋白在共生固氮作用中的功能机制奠定了基础。     

紫云英AD-cDNA文库构建及与豆血红蛋白Lb相互作用靶蛋白的筛选

【目的】本文旨在构建紫云英酵母双杂交AD-cDNA文库和互作靶蛋白筛选平台,为深入研究共生固氮作用的分子机理奠定工作基础。【方法】以接种华癸中慢生根瘤菌7653R的豆科植物紫云英不同时期根部组织为材料,抽提和纯化RNA,构建了一个酵母AD-cDNA文库。库容量达到1.02×106/3μg pGADT7-RecDNA,插入片段大小1-1.5 kb左右。以紫云英豆血红蛋白基因AsB2510构建诱饵载体pGBKT7-AsB2510,利用酵母双杂交技术,筛选与诱饵蛋白相互作用的靶蛋白。【结果】在含有X-gal的SD四缺培养基上筛选得到26个克隆,经过质粒抽提、PCR鉴定、回转酵母验证获得10个阳性克隆。【结论】对阳性克隆的外源片段进行了测序和同源性分析,发现一个值得深入研究的含有tify domain和Divergent CCT motif的转录调控因子。     

华癸根瘤菌7653R hfq基因突变株的构建及其生物学特性

【目的】研究hfq基因在Mesorhizobium huakuii 7653R抵抗外界不利环境和共生固氮中的功能特性。【方法】利用pK19mob同源重组方法构建7653R hfq基因的插入失活突变株7653RΔhfq,并构建互补菌株7653RΔhfq-C,对hfq在压力胁迫和共生固氮中的功能特性进行研究。【结果】与野生型7653R相比,突变株7653RΔhfq的生长速率降低,热激处理后致死率升高;hfq突变影响了7653R中部分sRNA的表达;在4.5%乙醇和50 mmol H_2O_2生长胁迫下,突变株适应性明显较野生型差。另外,接种突变株的紫云英结瘤能力和固氮酶活性都明显降低。【结论】hfq基因作为重要的转录后调控因子,在7653R抵御外界胁迫环境和与宿主紫云英的共生固氮中发挥了重要作用。     

大豆快生根瘤菌SMH12效应蛋白NopP在共生固氮过程中的功能

【目的】研究Sinorhizobium fredii SMH12中的nopP在共生固氮过程中的功能,为深入解析根瘤菌效应蛋白的菌植互作机理提供线索,进而为大豆高效根瘤菌的遗传改良提供一定的科学依据。【方法】利用生物信息学分析nopP的结构特征,构建nopP缺失、过表达和互补菌株,并对其进行共生表型分析;通过qRT-PCR分析nopP在共生过程中的时空表达特征,测定在接野生型和突变体的冀豆17中NIN、ENOD40、PR1、PR2和PR5的表达量;采用激光共聚焦显微镜观察NopP的亚细胞定位。【结果】根瘤菌的NopP不包含任何已知功能域,与病原体的任何Avr效应物没有同源性。nopP缺失之后对冀豆17和中黄13的根瘤固氮酶活均有显著影响,在瘤数上对冀豆17有显著增加,表明nopP突变后促进其与冀豆17和中黄13的共生固氮。qRT-PCR显示,nopP在自生条件下少量表达,在共生条件下表达量显著升高,尤其在接菌2 d后表达量达到最高,显示该基因可能与根瘤菌早期侵染相关。此外,发现NopP在烟草叶片和大豆根中均定位于细胞膜和细胞核。接种突变体的冀豆17根中NIN的表达量升高1.2倍,PR5的表达量降低3.6倍。【结论】效应蛋白NopP在与大豆共生过程中,参与根瘤菌的早期侵染以及在根瘤菌与豆科宿主植物之间的免疫防御反应中发挥重要功能。     

A型流感病毒PB1-F2蛋白与MOAP-1的相互作用

【目的】探讨A型流感病毒PB1-F2蛋白和人类凋亡调节因子1(MOAP-1)之间的相互作用。【方法】构建pACT2-MOAP-1重组质粒,与pGBKT7-PB1-F2质粒共转化酵母AH109,检测转化菌在四缺培养基的生长情况及β半乳糖苷酶报告基因的活性;利用GST pull-down和免疫共沉淀(Co-IP)技术进一步验证PB1-F2与宿主细胞蛋白MOAP-1的相互作用;通过过表达PB1-F2和MOAP-1,检测PB1-F2对MOAP-1蛋白表达水平的影响。【结果】酵母双杂交结果表明,PB1-F2和MOAP-1可以在酵母细胞内特异性结合。GST pull-down和Co-IP实验也进一步证实了这两种蛋白的相互作用,而且PB1-F2可上调外源MOAP-1的蛋白水平。【结论】流感病毒PB1-F2与MOAP-1存在相互作用,PB1-F2可能通过与MOAP-1的相互作用参与调控细胞生长及凋亡过程。     

利用酵母双杂交技术筛选鉴定与番茄环纹斑点病毒NSs蛋白互作的西花蓟马蛋白

【目的】筛选鉴定西花蓟马Franiklinella ocicdentalis体内与番茄环纹斑点病毒(tomato zonate spot virus, TZSV)NSs蛋白互作的介体因子。【方法】利用酵母双杂交技术筛选与TZSV NSs互作的西花蓟马蛋白;进行序列分析鉴定后,将捕获的蛋白与NSs基因回转到酵母细胞,利用营养缺陷型培养基鉴定蛋白互作情况。再利用GST Pull-down技术验证TZSV NSs与鉴定出的西花蓟马蛋白的体外互作关系。【结果】构建了TZSV NSs的酵母双杂交诱饵质粒pGBKT7-NSs,确定了诱饵质粒对酵母AH109细胞无毒性,并且无自激活活性。序列分析发现与TZSV NSs互作的西花蓟马蛋白为类电压依赖性阴离子通道(voltage-dependent anion-selective channel-like, VDAC)。酵母回转实验显示TZSV NSs与西花蓟马VDAC在酵母细胞内存在特异性互作。GST Pull-down结果表明TZSV NSs与西花蓟马VDAC在体外存在相互作用。【结论】通过酵母双杂交和GST Pull-down技术,分别在酵母细胞内...     

棉花锌指蛋白GhZFP1相互作用蛋白的酵母双杂交筛选

GhZFP1蛋白是从盐胁迫棉花幼苗cDNA文库中分离的一种CCCH型锌指蛋白.初步的生物学功能研究表明,过量表达该基因的转基因烟草耐盐性和抗病性显著提高.为深入研究GhZFP1蛋白的作用机制,构建pGBKT7-m1诱饵表达载体,利用酵母双杂交系统从盐胁迫诱导棉花cDNA文库中筛选与其相互作用的蛋白.通过阳性克隆的表型确定、PCR和限制性内切酶检测以及测序和生物信息学分析,获得9个与诱饵蛋白相互作用的靶蛋白.双分子荧光互补实验证明,GhZFP1与GZIRD19A确实存在互作关系.通过分析这些靶蛋白的已知功能,为研究GhZFP1锌指蛋白的未知生物学功能提供重要信息.     

酿酒酵母表达和纯化功能性的铁载体合成蛋白PchE

【目的】利用酿酒酵母表达系统,通过乙醇脱氢酶启动子异源表达细菌源的铁载体合成蛋白PchE,并与来源于枯草芽孢杆菌的泛酰化酶Sfp同宿主共表达,探索真核表达体系表达具有生化活性的细菌源蛋白。【方法】从大肠杆菌BAP1染色体上扩增sfp基因,将pchE基因及串联的pchE与sfp基因分别构建到酵母-大肠杆菌穿梭质粒pXW55中,各自转化酿酒酵母BJ5464-npg A表达,经过亲和层析和离子交换层析纯化蛋白,利用HPLC检测细菌源与酵母源表达的PchE在体外重构生化反应中的催化活性。【结果】利用酿酒酵母表达系统可以获得高纯度的原核蛋白PchE。真菌源的泛酰化基因NpgA和细菌源的Sfp,均可泛酰化修饰PchE,合成中间产物HPT-Cys。【结论】在酿酒酵母Saccharomyces cerevisiae BJ5464-npgA表达系统中,首次证明真菌源的泛酰化基因NpgA和细菌源的Sfp,均可泛酰化修饰细菌源的非核糖体肽合酶。比较酵母和细菌宿主的目标蛋白表达,证明酵母表达的巨大蛋白PchE的纯度更高,非特异性条带减少,推测酵母宿主可能更适合表达纯化功能性的巨型蛋白质。     

A dual-targeted soybean protein is involved in Bradyrhizobium japonicum infection of soybean root hair and cortical cells

The symbiotic interaction between legumes and soil bacteria (e.g., soybean [Glycine max L.] and Bradyrhizobium japonicum]) leads to the development of a new root organ, the nodule, where bacteria differentiate into bacteroids that fix atmospheric nitrogen for assimilation by the plant host. In exchange, the host plant provides a steady carbon supply to the bacteroids. This carbon can be stored within the bacteroids in the form of poly-3-hydroxybutyrate granules. The formation of this symbiosis requires communication between both partners to regulate the balance between nitrogen fixation and carbon utilization. In the present study, we describe the soybean gene GmNMNa that is specifically expressed during the infection of soybean cells by B. japonicum. GmNMNa encodes a protein of unknown function. The GmNMNa protein was localized to the nucleolus and also to the mitochondria. Silencing of GmNMNa expression resulted in reduced nodulation, a reduction in the number of bacteroids per infected cell in the nodule, and a clear reduction in the accumulation of poly-3-hydroxybutyrate in the bacteroids. Our results highlight the role of the soybean GmNMNa gene in regulating symbiotic bacterial infection, potentially through the regulation of the accumulation of carbon reserves.     

华癸根瘤菌外膜孔蛋白编码基因MCHK_1326突变株的构建与共生固氮表型分析

[目的]Mesorh izob ium huakuii 7653R的MCHK _1326基因编码一种外膜孔蛋白,可能参与根瘤菌侵染宿主植物以及结瘤固氮过程,本研究旨在探索该基因在共生固氮中的功能.[方法]生物信息学分析MCHK _1326蛋白的结构特征及生物学功能,启动子原位表达技术检测MCHK_1326共生时空表达特...     

The sulfate transporter SST1 is crucial for symbiotic nitrogen fixation in Lotus japonicus root nodules

Symbiotic nitrogen fixation (SNF) by intracellular rhizobia within legume root nodules requires the exchange of nutrients between host plant cells and their resident bacteria. Little is known at the molecular level about plant transporters that mediate such exchanges. Several mutants of the model legume Lotus japonicus have been identified that develop nodules with metabolic defects that cannot fix nitrogen efficiently and exhibit retarded growth under symbiotic conditions. Map-based cloning of defective genes in two such mutants, sst1-1 and sst1-2 (for symbiotic sulfate transporter), revealed two alleles of the same gene. The gene is expressed in a nodule-specific manner and encodes a protein homologous with eukaryotic sulfate transporters. Full-length cDNA of the gene complemented a yeast mutant defective in sulfate transport. Hence, the gene was named Sst1. The sst1-1 and sst1-2 mutants exhibited normal growth and development under nonsymbiotic growth conditions, a result consistent with the nodule-specific expression of Sst1. Data from a previous proteomic study indicate that SST1 is located on the symbiosome membrane in Lotus nodules. Together, these results suggest that SST1 transports sulfate from the plant cell cytoplasm to the intracellular rhizobia, where the nutrient is essential for protein and cofactor synthesis, including nitrogenase biosynthesis. This work shows the importance of plant sulfate transport in SNF and the specialization of a eukaryotic transporter gene for this purpose.     

决明GRAS基因家族全基因组鉴定及其在盐和干旱胁迫条件下的表达分析

目的: 基于决明(Senna tora L.)全基因组数据,对GRAS家族成员、理化性质、基因结构、进化关系以及胁迫条件下的表达模式进行鉴定和分析。方法: 将决明基因组蛋白数据与拟南芥GRAS成员进行比对,分别利用TBtools、MEGA-X、CLUSTALW、MEME等生物信息学软件和工具,对决明GRAS基因家族成员进行分析。利用qRT-PCR(quantitative real-time PCR)检测干旱和盐胁迫条件下决明根中GRAS基因的表达情况。结果: 50个StGRAS分为9个亚家族,不均等地分布在13条染色体上。结构分析表明,StGRAS34和StGRAS12分别与蒺藜苜蓿(Medicago truncatula)结瘤信号蛋白NSP1和NSP2高度同源。StGRAS的启动子区域多含有与胁迫响应、激素调节等相关的响应元件。qRT-PCR结果表明,在盐胁迫条件下,StGRAS表达具有明显差异;在干旱胁迫条件下,绝大多数检测基因能够快速响应,表达显著升高;两种胁迫条件下,StGRAS28和StGRAS29表达趋势互补,具有协同调控关系。结论: GRAS基因家族能够广泛参与胁迫响应,其中StGRAS28与StGRAS29可能共同参与介导决明根的盐与干旱胁迫应答,StGRAS34和StGRAS12分别作为决明共生结瘤的NSP1和NSP2,可能与增强结瘤因子信号诱导相关,这为进一步挖掘和研究GRAS基因在决明响应胁迫和共生固氮过程所发挥的作用提供了基础。     

鲍曼不动杆菌铁蛋白的抗氧化功能研究

【目的】克隆鲍曼不动杆菌铁蛋白(Abferritin)基因,并研究其抗氧化功能。【方法】荧光定量PCR检测氧化应激下Abferritin基因的表达量,并将其基因克隆到表达载体p ET28a以构建重组质粒p ET28a-Abferritin,转化大肠杆菌BL21(DE3)得到重组菌BL/p ET28aAbferritin,IPTG诱导目的蛋白表达并利用镍柱亲和层析纯化该蛋白。比色法测定Abferritin蛋白的Fe2+氧化酶活性,自由基清除实验测定其抗氧化功能。菌落计数法观察重组大肠杆菌在H2O2应激条件下的存活率。【结果】Abferritin基因在氧化应激下表达增高。重组质粒在大肠杆菌BL21(DE3)中高效表达,通过Ni2+亲和层析纯化获得了Abferritin蛋白。该蛋白具有Fe2+氧化酶活性,能有效减少氧自由基的形成及提高大肠杆菌抵抗氧化应激的能力。【结论】氧化应激能诱导Abferritin基因表达上调,且该蛋白具有亚铁氧化酶活性和抗氧化功能。     

苜蓿根瘤菌自生与共生状态下核糖体蛋白的比较

苜蓿根瘤菌在与宿主植物建立共生关系的过程中,以自生状态进入宿主植物细胞,经过分化发育转变为共生状态的类菌体(Bacteroid)。由于生存环境发生了变化,类菌体在形态、结构和功能方面都产生了很大的改变,其中最为明显的改变是类菌体获得了共生固氮的能力。此时,类菌体中许多与共生相关的基因被激活,蛋白的表达量显著增加。为了探明这种改变是否与合成蛋白质的细胞器-核糖体有关,比较分析了苜蓿根瘤菌在自生和共生状态下核糖体蛋白的表达谱。蛋白质双向电泳结果显示二者之间没有明显的差别,说明类菌体的分化发育过程中核糖体蛋白的形成没有改变。