十字花科黑腐病菌群体密度和DSF信号因子负调控Ⅲ型分泌系统

十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc)是能在全世界引起十字花科植物黑腐病的革兰氏阴性细菌。群体感应(quorum sensing,QS)是细菌通过感应菌群生长密度调控自身生理活动和致病因子的作用。Xcc QS信号分子为DSF(diffusible signal factor)因子,感受系统由rpf(regulation of pathogenicity factors)基因簇编码。Ⅲ型分泌系统(T3SS)是Xcc与寄主植物相互作用并致病的关键系统,Xcc的Ⅲ型分泌系统是由hrp(hypersensitive response and pathogenicity)基因簇所编码的。研究rpf/DSF系统对Ⅲ型分泌系统的调控作用,对于揭示该病原菌致病分子机制,以及植物病害防治具有重要的意义。针对Xcc 8004菌株,利用连有hrp B基因启动子区的p LGUS报告质导入Xcc 8004中,在XCM诱导培养基中添加DSF因子后通过测定GUS酶活对比DSF对hrp基因的调控作用。结果发现,随着菌体浓度的增长,hrp B基因的表达呈下降趋势;额外加入DSF因子后hrp B基因的表达量呈现下降趋势。十字花科黑腐病菌中菌体密度和信号扩散因子对Ⅲ型分泌系统有负调控作用。     

水稻白叶枯病菌T3SS基因表达及其调控网络

植物病原细菌III型分泌系统(T3SS)在其毒性表达及与寄主互作中具有重要的功能。水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)hrp基因簇编码了T3SS装置,将毒性效应子蛋白分泌到水稻细胞内,抑制和破坏寄主免疫反应,或诱导感病基因表达,以达到成功侵染的目的。hrp基因表达受到严格调控,在模拟水稻内环境的贫瘠营养培养基中被诱导表达;hrp和效应子基因均受调控蛋白HrpG和Hrp X的调控。此外,hrp基因还受到其它毒性调控网络重要因子的调控,包括双组分调控因子、转录调控因子、DNA/RNA结合蛋白、糖代谢和c-di-GMP信号因子。结合本实验室的研究结果,综述了Xoo T3SS表达调控及其致病机理的研究进展,以期为水稻细菌病害发生机理的解析及其有效防控措施提供一些新见解、思路和途径。     

软腐欧氏杆菌的Ⅲ型分泌系统对harpin蛋白的识别与分泌

本文研究软腐欧氏杆菌分泌致病蛋白的Ⅲ型分泌系统的组分是否能识别梨火疫欧氏杆菌存在于mRNA上的分泌识别信号。用PCR的方法,将带有上游75bp可以在其mRNA的5′端形成一个典型的作为Ⅲ型分泌识别信号的茎环结构的梨火疫欧氏杆菌的诱导植物过敏反应的harpin的基因hrpN,从带有hrp基因簇的质粒pCPP430上克隆到pGEM\|T载体上,获得重组质粒pWGF1,经化学法转化到hrpN基因的转座突变体DH5α(pCPP430hrpN-)中,同时将pWGF1电击转化到胡萝卜软腐欧氏杆菌Se9R中,转化子的无细胞抽提物(CFEP)经Western\|blot检测到harpin蛋白已被表达;带有双重质粒的DH5α(pCPP430hrpN-/pWGF1)在番茄植物上可以引起过敏反应,Se9R(pWGF1)在大白菜上的致病力明显低于Se9R,初步表明一种植物病菌的harpin蛋白可被另外一种病菌的Ⅲ型分泌系统所识别、分泌并保持生物活性。     

青枯菌hrp基因的研究进展

青枯菌的hrp基因可诱发植物的超敏反应.对其基因组全序列测定表明:hrp基因簇位于基因组的大质粒上,共有20多个基因组成.从青枯菌中分离得到的可直接诱发植物超敏反应的效应蛋白主要为pop基因编码,它由hrp基因编码的类型Ⅲ蛋白分泌通道释放.目前的研究表明:(1)在hrp基因簇中,hrpY、hrpX及hrpV与分泌通道的一种纤毛的组装有关;(2)hrpB是整个类型Ⅲ蛋白分泌通道基因的转录激活子并作用于基因组中的其它效应基因;(3)hrpG是植物信号对hrp,基因的表达进行级联调控的组分之一.     

植物病原细菌hrp基因研究进展

hrp基因决定植物病原细菌对寄主植物致病性和诱导非寄主及抗病寄主过敏性反应,hrp基因在植物和动物病原细菌中具有同源性,编码产物具有HR的激发子、调节和组成Ⅲ型泌出系统等功能,hrpM是P．sying合成β-(1,2)—葡聚糖必需的,除了Avr蛋白和harpins外致病性或毒性蛋白也可从Hrp系统泌出,表明hrp基因在病原细菌致病性和寄主范围等方面具有潜在作用。     

植物病原细菌hrp基因研究进展

hrp基因决定植物病原细菌对寄主植物致病性和诱导非寄主及抗病寄主过敏性反应 ,hrp基因在植物和动物病原细菌中具有同源性 ,编码产物具有HR的激发子、调节和组成Ⅲ型泌出系统等功能 ,hrpM是P. syringae合成 β (1 ,2 ) 葡聚糖必需的 ,除了Avr蛋白和harpins外致病性或毒性蛋白也可从Hrp系统泌出 ,表明hrp基因在病原细菌致病性和寄主范围等方面具有潜在作用。     

十字花科黑腐病菌一个新的III型效应物的鉴定

【目的】在全基因组范围内鉴定十字花科黑腐病菌Xcc 8004中新的Ⅲ型效应物(type Ⅲ secreted effector,T3SE)基因。【方法】通过构建与AvrBs1_59-445整合的Tn5转座子系统,进行文库筛选。在avrBs1缺失突变体背景下生成突变文库,在辣椒ECW-10R上进一步筛选。【结果】大规模HR测定筛选出7个具有明显过敏反应(hypersensitive response,HR)的克隆。通过质粒拯救和测序发现除了插入已知T3SE基因的3个突变体外,还鉴定了一个位于XC_0438和XC_0439之间且在Xcc 8004中未注释的新基因。结合生物信息学,我们将其命名为一个新的基因XC_0438a。易位实验证实XC_0438a信号区可引导报告蛋白AvrBs1的分泌和易位,并诱导辣椒ECW-10R产生HR反应。β-葡萄糖醛酸酶(β-glucuronidase,GUS)活性测定,XC_0438a在基本培养基中诱导表达,并由关键调控蛋白HrpG和HrpX激活。然而,在我们的实验条件下,XC_0438a对Xcc的致病力没有显著的贡献。【结论】我们鉴定了一种新的依赖于Ⅲ型分泌系统的效应基因XC_0438a。     

hrpD6基因决定白叶枯病菌在烟草上的过敏反应和在水稻上的致病性

【目的】白叶枯病菌hrp基因簇由包括hrpD6在内的26个hpa-hrp-hrc基因组成,与植物互作后形成Ⅲ型分泌系统(T3S),将T3S效应分子注入寄主细胞中从而决定在非寄主上的过敏反应(HR)和在水稻上的致病性。但hrpD6基因是否参与了白叶枯病菌在非寄主上的过敏反应(HR)和在水稻上的致病性(pathogenicity)还不清楚。【方法】借助同源重组方法,本研究对白叶枯病菌hrpD6基因进行了突变。【结果】PCR和Southern杂交结果显示,hrpD6基因被成功敲除。烟草上测定结果显示,hrpD6突变体ΔPhrpD6丧失了HR激发能力。致病性测定发现,ΔPhrpD6在水稻苗期不能形成水渍症状,在成株期水稻上不具有致病性,并且细菌生长能力显著下降。功能互补结果显示,hrpD6基因可恢复ΔPhrpD6在烟草上激发HR和在水稻上的致病性以及在水稻组织中的生长能力。RT-PCR结果显示,hrpD6基因的转录表达不仅受水稻诱导,而且受hrpG和hrpX基因调控。不仅如此,hrpD6基因突变还影响T3S效应分子hpa1基因的转录表达和Hpa1蛋白的分泌,暗示hrpD6基因对hpa1基因转录表达具有调控作用。【结论】hrpD6基因的缺失导致白叶枯病菌不能激发烟草产生HR和和丧失在水稻上的致病性,主要是HrpD6对hpa1基因转录表达具有调控作用,并影响T3S效应分子Hpa1的分泌。这些结果为进一步分析hrpD6是否参与T3S分泌装置的形成和调控其它hrp基因的转录表达从而决定病菌在非寄主上的HR和在水稻上的致病性,提供了科学线索。     

致病菌III型分泌系统分子伴侣序列保守性分析及新伴侣的预测

很多革兰氏阴性致病菌使用Ⅲ型分泌系统(type Ⅲ secretion system,TTSS)将毒力因子直接注射到宿主细胞质中,其中某些效应蛋白(即毒素)需要专一的Ⅲ型分泌系统分子伴侣才能有效分泌。尽管2000年Cheng等提出这些分子伴侣中应该存在保守的氨基酸序列或保守的分泌信号,但是以往的研究并没有发现保守的氨基酸序列或分泌信号。文章作者通过生物信息学模体搜索对45个Ⅲ型分泌系统分子伴侣的氨基酸序列进行分析,找出5个与Ⅲ型分泌系统分子伴侣功能有关的保守模体和模体组合。其中一个为已知的,一个比已知的34氨基酸多肽重复(tetratdco peptide repeat,TPR)模体更具有Ⅲ型分泌系统分子伴侣SycD家族特征,其他3个为新的模体。每个Ⅲ型分泌系统分子伴侣家族包含一个或多个模体,这揭示了同类分子伴侣序列中确实存在保守的位点,暗示着同类分子伴侣可能存在相同的空间结构和功能,进一步支持了Birtanlan有关相同的空间结构具有普遍TTSS三维分泌信号的假说,并基于此分析和同源分析预测出27个新的可能的Ⅲ型分泌系统分子伴侣。     

溶藻弧菌Ⅲ型分泌系统分子伴侣护航蛋白VscO的基因克隆及其生物信息学分析

克隆了溶藻弧菌(Vibrio alginolyticus)ZJ03株Ⅲ型分泌系统(T3SS)分子伴侣护航蛋白(Chaperone escort protein)vscO基因,并对其进行生物信息学分析。结果表明,vscO基因全长462 bp,编码153个氨基酸,理论分子量约为18.43 kD,pI值为9.22。细胞定位分析显示vscO基因位于外周质,不存在信号肽,无跨膜区。vscO基因具有转录起始区-35区和-10区,以及翻译识别信号SD序列(Shine-Dalgarno sequence)。该氨基酸序列含有多种活性位点,如蛋白激酶C磷酸化位点等。系统进化树发现溶藻弧菌的VscO蛋白与副溶血弧菌聚为同一亚族。VscO亚基三维结构模型显示其与副溶血弧菌T3SS的YscO蛋白有相似构型。信号通路分析推测VscO位于T3SS的针状样结构上。蛋白网络互作图谱发现VscO与10种T3SS蛋白具有相邻关系。本研究结果将为溶藻弧菌Ⅲ型分泌系统护航机制的研究奠定基础。     

十字花科黑腐病菌中9个纤维素酶基因的研究

十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc)能够侵染几乎所有的十字花科植物引起黑腐病,而纤维素酶作为重要致病因子之一,在病原菌早期侵染中发挥重要作用。通过全基因组检索发现,已测序菌株Xcc 8004中有9个基因(XC_0026,XC_0027,XC_0028,XC_0625,XC_0639,XC_0783,XC_0784,XC_1727和XC_2483)注释为纤维素酶基因。本研究构建了9个纤维素酶基因的单基因缺失突变体和多基因缺失突变体。定性检测突变体纤维素酶活,发现D0639的CMC纤维素酶活力显著降低,其他8个单缺失突变体的CMC纤维素酶活力变化不明显,当9个基因同时缺失即D9,CMC纤维素酶活性完全丧失。在D9的背景进行单基因反式互补,通过定量和定性检测纤维素酶活力,XC_0639能基本上恢复野生型水平,XC_0026、XC_0783和XC_1727只能补回10%的酶活力,而其余几个基因完全不能补回酶活力。本研究首次发现了XC_0639是十字花科黑腐病菌的纤维素酶的主效基因。     

细菌Ⅴ型分泌系统研究进展

目前已知革兰阴性(G-)细菌的分泌系统至少有5种类型,即Ⅰ～Ⅴ型。其中Ⅴ型分泌系统为G-菌外膜通道转运蛋白系统中最大的一个家族,该系统又称自主转运蛋白系统,它首先通过Sec依赖的分泌通路跨内膜转运,到达外周质间隙后,又通过自身的C端在外膜上形成一个β折叠桶实现跨外膜转运。Ⅴ型分泌系统的分泌装置最为单一,且该系统分泌的蛋白在跨外膜转运过程中似乎不需要能量和辅助因子(蛋白)的参与。随着对运用Ⅴ型分泌系统在G-菌表面展示异源性多肽/蛋白质的深入研究,该系统在生物技术领域已展示出巨大的应用前景。     

胡萝卜软腐欧文氏菌甜菜亚种Ecb菌株表达的一种Harpin蛋白

1986年,hrp基因被首次报道.由于Wei等(1992)从梨火疫病菌(Brwinia amylovora)中分离出了能激发过敏反应的HarpinEa蛋白,细菌所产生的Harpin分子受到了同行的重视.基于对Harpin蛋白的深入研究,国外已研制出了相关新型、高效、安全的生物农药.近年来,国内涉及Harpin蛋白结构与功能的研究课题组     

西瓜食酸菌Ⅲ型分泌效应物基因aopW功能初步分析

【背景】细菌性果斑病(bacterial fruit blotch,BFB)是葫芦科植物上一种严重的检疫性病害,其病原菌为西瓜食酸菌(Acidovorax citrulli)。目前已知Ⅲ型分泌效应物(typeⅢsecreted effectors,T3SEs)是该病菌的关键致病因子,但对其效应物功能和作用机制的认识非常有限。【目的】鉴定西瓜食酸菌Ⅲ型分泌效应物基因aopW,分析其编码蛋白质影响植物免疫的方式,为更深入地认识该基因在西瓜食酸菌致病机制中的作用奠定基础。【方法】利用生物信息学分析其序列特征;借助荧光定量PCR技术分析aopW的表达调控及其与抗病相关基因表达间的关系;利用基因突变及基因功能互补手段,通过分析致病性、寄主活性氧积累量等解析基因功能;采用瞬时表达技术了解AopW诱导非寄主hypersensitive response (HR)能力及其亚细胞定位情况。【结果】aopW基因启动子区存在Ⅲ型分泌系统(type Ⅲ secretion system,T3SS)核心基因结合位点,其编码的蛋白不存在信号肽和跨膜螺旋区,与Ⅲ型分泌效应物harpin蛋白同源;T3SS核心基因hr...     

细菌脂肪酶分泌的研究进展

细菌脂肪酶是一类重要的工业用酶,其分泌系统有着严谨的机制。革兰阳性细菌利用Sec-转运系统使脂肪酶跨过质膜完成分泌;革兰氏阴性细菌的外泌蛋白通过Sec-转运系统、Tat-转运系统或其他机制跨越内膜后,还必须利用Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型、Ⅳ型与Ⅴ型分泌系统来完成跨外膜分泌。详细介绍细菌脂肪酶分泌主要依赖的Sec-或Tat-跨内膜的转运系统及革兰氏阴性细菌的Ⅰ型、Ⅱ型与Ⅴ型自分泌系统的3种不同分泌方式。细菌脂肪酶分泌的研究对人们认识其分泌机制,并利用基因工程的手段提高其外泌产量等具有重要的指导意义。     

表达Harpin蛋白的转基因马铃薯降低晚疫病斑生长率

以苹果火疫病菌 (Erwiniaamylovora)的Harpin蛋白基因和马铃薯 prp1 1基因启动子为主要元件 ,探索了以利用病原侵染诱导植物过敏性反应为目标的抗病基因工程新策略 .通过构建Harpin蛋白基因的 3个植物表达载体和遗传转化 ,获得68个转基因马铃薯植株 .Southern ,Northern和Westernblot分析证明 ,Harpin蛋白基因实现了在转基因植株中的插入、转录和蛋白表达 ,用Phytophthorainfestans复合生理小种测定表明 ,Harpin蛋白在转基因植株中的组成型表达和病原侵染诱导表达均能降低病斑的扩展速率 ;在病原侵染诱导Harpin蛋白基因表达的转基因植株中 ,发现有 2个植株共 3 0个接种叶片上无菌丝形成 ,病斑局限于接种点内 ,表明过敏性反应的遗传操作在植物抗真菌病基因工程中具有广阔的应用前景 .     

细菌三型分泌系统输出蛋白分泌信号研究进展

自提出三型分泌系统的概念以来,相关分子机制的研究让人们对其有了更深入的了解。与依赖信号肽分泌途径形成鲜明对比的是,蛋白通过细菌三型分泌系统分泌或者转运时没有可识别的保守信号序列。近期对三型分泌蛋白的研究发现了多种可以引导其分泌的分泌信号。本文分别介绍了细菌三型分泌系统的种类,分泌系统分泌蛋白的种类,并着重阐述了分泌信号的分子特性及其机制,以期为新型抗菌药物的研发提供新的思路。     

从效应蛋白视角看革兰氏阴性细菌VI型蛋白分泌系统底物转运机理

蛋白质分泌系统是细菌与外界交流的重要工具。革兰氏阴性细菌的Ⅵ型蛋白分泌系统(T6SS)可以转运分泌蛋白至细菌和真核细胞内,在菌间竞争中发挥重要作用,是细菌的一种重要的生存适应性武器。分泌蛋白主要包括起到运载作用的结构蛋白和有细胞毒性的效应蛋白这两类。本文主要从效应蛋白的视角讨论T6SS如何识别并转运效应蛋白的作用机理,回顾了以VgrG和PAAR为端部载体蛋白的转运途径、依赖端部运输的效应蛋白、T6SS伴侣蛋白等重要发现的背景和过程,并综述了T6SS分泌途径的新进展。     

细菌的IV型分泌系统

细菌的分泌系统与细菌的生存及致病性密切相关。细菌的分泌系统包括I-VI型,其中,IV型分泌系统是与细菌接合机制有关的一类分泌系统。IV型分泌系统不但可以转运DNA,还可以转运蛋白质及核糖核蛋白复合物等大分子物质,这点区别于其他几种分泌系统。IV型分泌系统介导基因水平转移,通过细菌间接合作用,传递抗性基因和毒力基因,有利于细菌进化;另一方面,IV型分泌系统转运效应蛋白质分子到宿主细胞,参与细菌致病。本文着重从IV型分泌系统几种主要类型的分泌机制等方面对IV型分泌系统进行概述。     

从效应蛋白视角看革兰氏阴性细菌Ⅵ型蛋白分泌系统底物转运机理

蛋白质分泌系统是细菌与外界交流的重要工具。革兰氏阴性细菌的Ⅵ型蛋白分泌系统(T6SS)可以转运分泌蛋白至细菌和真核细胞内,在菌间竞争中发挥重要作用,是细菌的一种重要的生存适应性武器。分泌蛋白主要包括起到运载作用的结构蛋白和有细胞毒性的效应蛋白这两类。本文主要从效应蛋白的视角讨论T6SS如何识别并转运效应蛋白的作用机理,回顾了以VgrG和PAAR为端部载体蛋白的转运途径、依赖端部运输的效应蛋白、T6SS伴侣蛋白等重要发现的背景和过程,并综述了T6SS分泌途径的新进展。