酿酒酵母细胞基因组中与转录因子Rim101亚细胞定位相关的磷酸酶和激酶基因的筛选

Rim101是一个具有锌指结构的转录因子,在调控酿酒酵母细胞耐受碱性和高盐环境、钙离子稳态、细胞分裂以及硒毒性方面起作用。前人研究结果显示,细胞周期依赖性激酶基因PHO85的缺失,导致Rim101蛋白在细胞核内积累。为了探索Rim101亚细胞定位的新调节因子,通过荧光显微镜技术对酿酒酵母细胞基因组中编码磷酸酶的73个非必需基因缺失株和编码激酶的139个非必需基因缺失株进行了筛选,发现编码磷脂酰肌醇磷酸(Ptd Ins P)的磷酸酶Sac1调控Rim101的亚细胞定位。     

酿酒酵母中钙信号途径对crz1调控基因表达的影响

该文通过对酿酒酵母细胞中120个钙离子敏感性基因的启动子进行序列分析发现,24个基因的启动子上含有转录因子Crz1的结合位点(GNG GC[T/G]CA或GNG GCT G)。该研究检测了钙信号途径对24个基因表达和细胞定位的影响。实验结果表明,钙信号途径通过转录因子Crz1诱导19个基因的特异性表达及其编码蛋白的细胞定位。结果发现,5个基因的功能与代谢相关(TPS1、PHO86、ERG3、ARG82和AKR1)、5个基因的功能与离子稳态相关(CSG2、PMC1、VMA10、MNR2和VAM2)、4个基因的功能与蛋白质分选相关(PEP3、VPS36、VPS27和VPS4)以及5个基因的功能与转录相关(DEP1、IMP2′、THP1、SGF29和ROX3)。该文的研究结果为研究酿酒酵母细胞中钙离子稳态调控机制提供了理论基础。     

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。     

里氏木霉VPS13基因缺失对菌丝分支、生孢和纤维素酶产量的影响

【目的】丝状真菌里氏木霉是纤维素酶生产的主要工业真菌。纤维素酶分泌过程中的蛋白运输途径是控制大量纤维素酶成功输出的重要环节,因此,研究蛋白分泌途径的特定靶标基因功能将有助于鉴定纤维素酶运输分泌过程的关键调控因子。本研究借助基因敲除方法将里氏木霉液泡蛋白分选相关基因VPS13缺失,分析了该基因缺失对菌株生长、生孢尤其是纤维素酶分泌的影响。【方法】利用Double-joint PCR技术和同源重组策略构建里氏木霉VPS13基因缺失突变株,通过菌丝培养、显微观察、生孢检测、蛋白与酶活测定,系统比较VPS13基因敲除前后菌株的生长特征、菌丝形态、孢子形成、蛋白分泌以及纤维素酶活等。【结果】成功获得两株VPS13基因缺失株。与出发菌株相比,该基因突变后菌丝蔓延速率明显减慢,但菌体生物量在对数生长期后显著增多。通过显微观察,发现该基因缺失株菌丝更加密集,分支明显增多。此外,该基因缺失也导致菌株生孢延迟。纤维素底物平板分析发现VPS13基因缺失株菌落周围透明圈更加清晰,且透明圈圈径比是出发菌株的4倍,说明降解纤维素的能力有明显提高。进一步的液体发酵实验结果显示,该基因缺失导致蛋白产量及纤维素酶活力分别提高16.4%和21.9%。【结论】里氏木霉VPS13基因在菌丝生长、生孢、蛋白分泌等不同生物学过程中具有功能多样性,且该基因在菌种改良上可以作为提高纤维素酶产量的重要靶点。     

植物ESCRT复合体的功能研究进展

真核细胞中, 功能高度保守的内体蛋白分选转运装置ESCRT在胞吞途径和蛋白分泌途径中均扮演重要角色。植物细胞中, 该装置包含ESCRT-I、ESCRT-II、ESCRT-III和VPS4/SKD1复合体4个亚基, 但缺乏ESCRT-0亚基。ESCRT的每个亚基均由多个蛋白构成。目前, 针对ESCRT的研究已经证实, 其在泛素化的膜蛋白进入多囊泡体/液泡前体(MVB/PVC)内腔过程中发挥重要调控作用; 同时在自噬途径以及应对环境胁迫等方面也具有重要的调节功能。该文首先介绍了植物中ESCRT复合体的组成及生物学功能, 然后总结了植物中特有ESCRT复合体组分蛋白的最新研究进展, 最后探讨了有关ESCRT复合体研究中尚未解决的重要科学问题。     

利用定点突变分析白念珠菌依赖铁基因FRP1启动子元件

通过对白念珠菌高铁还原酶基因FRP1启动子进行突变分析, 确认启动子中特殊调控元件。我们通过分析FRP1起始密码子上游1000 bp序列发现在-160 和-650处有2个推测的Rim101p结合位点, 对其分别进行定点突变, 然后构建启动子与报告基因LacZ融合质粒, 转化整合到白念珠菌rim101-/-株和野生株中, 检测不同缺铁条件下b-半乳糖苷酶活性。结果发现碱性条件, Rim101p能够正向调控FRP1的表达; 启动子-160处突变对启动子功能影响较弱, 而-650突变使启动子活性大大降低, 此结果和双突变的结果相同, 表明Rim101p主要通过与启动子-650处结合位点相互作用来调控FRP1的表达。     

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。     

用于细胞核钙成像的新型钙指示剂的构建与鉴定（英文）

细胞核钙离子是基因转录等细胞核反应过程重要的调控因子.然而,细胞核内钙离子信号的调控机制尚不清楚.缺乏稳定的、敏感的细胞核钙指示剂,是导致其调控机制难以研究的重要原因之一.针对这一问题,设计了能够在细胞核内特异性表达的、具有核定位功能的钙指示剂.以基因编码钙指示剂(GECIs)家族成员GCa MP6为模板,首先融合了对钙离子不敏感的红色荧光蛋白td Tomato来对局部的钙信号进行量化,其次融合了核定位信号(NLS),使GCa MP6能够特异定位于细胞核中.结果表明,NLS-GCa MP6-td Tomato能够在细胞核中有效发挥作用,并且在钙敏感性与动力学上,也与GCa MP6相当.这一新型细胞核钙指示剂将为研究细胞核钙离子的功能及其调控机制提供新的方法与途径.     

用于细胞核钙成像的新型钙指示剂的构建与鉴定

细胞核钙离子是基因转录等细胞核反应过程重要的调控因子.然而,细胞核内钙离子信号的调控机制尚不清楚.缺乏稳定的、敏感的细胞核钙指示剂,是导致其调控机制难以研究的重要原因之一.针对这一问题,设计了能够在细胞核内特异性表达的、具有核定位功能的钙指示剂.以基因编码钙指示剂（GECIs）家族成员GCaMP6为模板,首先融合了对钙离子不敏感的红色荧光蛋白tdTomato来对局部的钙信号进行量化,其次融合了核定位信号（NLS）,使GCaMP6能够特异定位于细胞核中.结果表明,NLS-GCaMP6-tdTomato能够在细胞核中有效发挥作用,并且在钙敏感性与动力学上,也与GCaMP6相当. 这一新型细胞核钙指示剂将为研究细胞核钙离子的功能及其调控机制提供新的方法与途径.     

酿酒酵母SNF4基因敲除缺失菌株的构建

构建一株酿酒酵母SNF4基因缺失菌株并研究其对乙醇产量的影响。扩增带有SNF4基因上下游同源序列和Kanr筛选标记的SNF4基因敲除组件,转化到酿酒酵母YS2获得阳性克隆子,然后将质粒pSH65转到阳性克隆子中,半乳糖诱导pSH65表达Cre酶切除Kanr筛选标记,获得SNF4等位基因完全缺失菌株YS2-△SNF4。发酵实验结果表明,缺失菌株YS2-△SNF4乙醇产量较出发菌株提高了7.57％。利用Cre-LoxP系统,成功构建了SNF4等位基因完全缺失菌株并提高乙醇产生量。     

粟酒裂殖酵母中Shy1定位及功能的研究

旨在揭示芽殖酵母线粒体蛋白SHY1(YGR112W)在粟酒裂殖酵母中同源蛋白Shy1的功能。借助基因敲除方法获得shy1基因缺失菌株获Δshy1,并观察其在以甘油为唯一碳源的非发酵培养基上的生长表型;生物信息学分析显示粟酒裂殖酵母Shy1在N端含有大概30个氨基酸的线粒体定位序列(MTS),为进一步确定Shy1蛋白的定位,借助nmt1启动子调控下的Shy1蛋白C端GFP荧光标记,观察GFP绿色荧光位置。最后利用Western blotting检测shy1的缺失对线粒体蛋白的影响。研究结果表明,shy1基因缺失菌株在以甘油为唯一碳源的非发酵培养基上表现出生长缺陷,是线粒体呼吸缺陷型菌株;当GFP标记于nmt1启动子调控下的Shy1蛋白C端时,绿色荧光观察确定Shy1蛋白定位在线粒体;Western blotting检测结果显示shy1缺失导致线粒体相关蛋白的表达量明显下降;结果表明,粟酒裂殖酵母Shy1定位于线粒体且是线粒体呼吸链正常发挥功能所必须的。     

多囊体生物发生和蛋白质分拣——ESCRT、Vps4、Ubiquitination一个都不能少

多囊体(multivesicular body,MVB)是由晚期内吞体的限制膜内陷出芽而形成的动态的亚细胞结构,是真核细胞重要的膜和蛋白质运输与分拣中心,并与信号转导、胞质分裂、基因沉默、自噬、蛋白质的质量控制、病毒出芽等密切相关.多囊体生物发生涉及20多种囊泡分拣蛋白(Vps),最重要的是在内吞体膜上形成的4种内吞体运输分拣复合物(ESCRT 0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)和Vps4.ESCRT 0与包涵素在内吞体膜上形成微域并富集泛素化的货物蛋白.ESCRTⅠ和Ⅱ诱导MVB囊泡出芽、促进囊泡形成并分拣货物蛋白到囊泡中.ESCRTⅢ收缩及剪切芽颈,完成最后的膜脱落过程.Vps4解离ESCRT以循环利用.泛素化及泛素化蛋白也能修饰或调控ESCRT的定位及功能.这些研究表明,泛素化蛋白、ESCRT和Vps4在内吞体膜上的相继协同作用是驱动紧密偶联的多囊体生物发生及蛋白质分拣的主要力量.本文以蛋白质-蛋白质相互作用为主,综述了ESCRT复合物及Vps4多聚体的组装机制、相互作用、生理功能以及泛素化蛋白和泛素化对ESCRT的调控,并对下一步研究进行了展望.     

亨廷顿舞蹈病致病蛋白氨基端出核序列的研究及其对聚集体的影响

亨廷顿舞蹈病是一种常染色体显性遗传的神经变性疾病.其致病基因为IT15,其编码的蛋白为亨廷顿蛋白.IT15基因1号外显子含有多态性三核苷酸（胞嘧啶-腺嘌呤-鸟嘌呤（CAG））重复序列,当CAG重复拷贝数大于37时引起发病.亨廷顿蛋白羧基端存在一个明确的、经典的出核信号,而新近的报道指出该蛋白的氨基端也存在一个胞浆定位相关功能域.通过对亨廷顿蛋白氨基端的部分氨基酸缺失和点突变等方式来研究该功能域,继而用免疫荧光和Western等技术观察该蛋白表达、聚集物形成和细胞内定位.结果发现,4～17个氨基酸是亨廷顿蛋白胞浆定位所必需的.L4R和L7R（由疏水氨基酸变为亲水氨基酸）的突变方式会导致1～17个氨基酸胞浆定位功能的缺失,而L4M和M8L（均为疏水氨基酸）的突变方式并未影响1～17个氨基酸的胞浆定位功能,说明其胞浆定位功能的维系依赖于该段序列的空间结构.前3个氨基酸的缺失并未影响前17个氨基酸与线粒体的共定位.同时观察到,该胞浆定位序列的功能缺失将导致异常增多的CAG重复所致的聚集物总量减少、定位于核内的比例增高,表明亨廷顿蛋白在细胞内的分布一定程度上也影响了聚集物的形成过程.这些结果对进一步研究聚集物的分子机制有一定的启示作用.     

白念珠菌CaSPO75基因的敲除与功能研究

酿酒酵母中ScCsc1是一个最近鉴定的钙离子通透性压力门控阳离子通道蛋白,参与调控胞内离子稳态。ScSpo75是ScCsc1的一个同源蛋白,可能参与孢子壁的装配过程。在白念珠菌中存在一个与ScSPO75同源的基因CaSPO75,其功能尚不清楚,因此采用SAT1-flipper方法敲除CaSPO75的两个等位基因以研究其功能。通过表型筛选,发现该基因的缺失导致白念珠菌对特比萘芬(Teb)、荧光增白剂(CFW)、氯化锰和氯化锌耐受,对酮康唑(KCZ)敏感。因此,CaSPO75基因可能参与白念珠菌耐药性和细胞壁压力反应的调控,以及胞内锰离子和锌离子稳态的调控。     

单核细胞增生性李斯特菌prfA基因缺失株的构建及其生物学特性

【目的】单核细胞增生性李斯特菌(Lm)是人兽共患李斯特菌病的病原菌,其致病性与调控因子PrfA蛋白作用下毒力基因的表达有着密切关系,本文初步探讨了PrfA蛋白对细菌毒力因子的调控作用。【方法】利用同源重组技术对血清型分别为1/2a和4b的LM4、F4636进行prfA基因的敲除,并构建其回复突变株,对获得的突变株LM4ΔprfA、F4636ΔprfA进行生物学特性研究。【结果】实验结果表明:两株缺失株的溶血活性丧失、回复突变株的溶血活性得到恢复,突变株还丧失磷脂酶活性,黏附和侵袭特性显著下降(P<0.05),对BALB/c小鼠的半数致死剂量提高了105个数量级。【结论】由此表明,PrfA蛋白对hly、plcB、inl家族基因的表达及细菌毒力具有重要的调控作用。prfA基因缺失株的构建为进一步研究PrfA蛋白的调控功能提供了材料,为研究其在Lm致病性中的作用奠定了基础。     

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。     

pagP基因对禽致病性大肠杆菌抗菌肽抗性和致病性的影响

【目的】禽致病性大肠杆菌(Avian pathogenic Escherichia coli,APEC)不仅严重影响全球的养禽业,对人类公共健康也造成巨大的潜在威胁。pag P基因在细菌的抗菌肽抗性和致病性方面发挥重要作用,但关于pag P基因在APEC中的功能尚不清楚。本文构建禽致病性大肠杆菌pag P基因缺失株,对缺失株的抗菌肽抗性和致病性进行研究。【方法】利用Red重组系统构建APEC的pag P基因缺失株,然后利用回复质粒构建回复株。研究pag P基因对细胞黏附与入侵、生物被膜形成能力、外膜渗透性、抗菌肽敏感性、致病性等方面的影响。【结果】成功构建pag P基因缺失株和回复株,抗菌肽抗性试验发现pag P基因缺失株对多粘菌素B、鸡β-防御素2(AVBD2)的敏感性显著增加(P0.01),致病性试验结果表明pag P基因缺失株的毒力显著降低(P0.01)。【结论】APEC的pag P基因对AVBD2的敏感性和APEC的致病性密切相关,为深入研究pag P基因的功能及调控作用奠定了基础。     

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。     

PHO80、PHO85基因和芽殖酵母金属离子耐受

PHO8 5基因是芽殖酵母中的一个多功能基因。它参与了无机磷酸的代谢、碳源利用、糖原积累、特定蛋白质的降解和细胞周期调控。研究了酵母株YPH499及其衍生的pho85缺失株、pho80缺失株、pap1(pcl7)缺失株在不同浓度的不同金属离子中的存活情况 ,结果表明和芽殖酵母YPH499相比 ,pho85缺失株和pho80缺失株表现出对K 、Mg2 、Zn2 、Ca2 和Mn2 的耐受下降 ,而PAP1基因的缺失则不会导致芽殖酵母对上述金属离子的敏感性的变化 ;而对Cu2 ,3株突变株都表现出和YPH499相同的耐受性。同时测定了各缺失株和YPH499对上述金属离子的半致死浓度以及pho85缺失株、pho80缺失株和YPH499的细胞内总钙量。这些结果显示 ,PHO85蛋白激酶通过和它的PCLPHO80而不是PAP1结合 ,参与了芽殖酵母K 、Mg2 、Zn2 、Ca2 和Mn2 离子平衡的调控。PHO85和PHO80基因的缺失损害了芽殖酵母钙的储存。     

CCH1或MID1基因缺失对白念珠菌药物耐受性及致病性的影响

CCH1和MID1基因编码的钙闸门是外源钙进入细胞内的重要通道,Ca2+作为细胞内重要的第2信使分子,其浓度的升高可激活相应的途径参与各种细胞反应过程。该研究将利用钙通路CCH1和MID1基因的单缺失菌株,并构建其相应的回补菌株,研究CCH1或MID1基因缺失后对白念珠菌药物耐受性和致病性的影响作用。通过药物平板敏感性试验和微量液基稀释法比较不同菌株对唑类药物敏感性的变化,进一步添加钙通道阻滞剂和钙离子螯合剂来分析钙离子浓度变化对药物作用的影响,结果发现CCH1或MID1基因的缺失明显对氟康唑和伊曲康唑表现出敏感性,且药物作用受到钙离子浓度变化的调节。最后建立小鼠感染模型分析不同菌株的毒力变化差异,确定CCH1或MID1基因的缺失显著减弱了白念珠菌的致病性。