σ factor SigW/anti-σ factor RsiW系统参与东湖假单胞菌HYS毒性相关功能的研究

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假单胞菌在自然界中分布广泛,是常见的一类环境微生物,其中的致病性菌株在细菌致病机理方面均有重要的研究价值。东湖假单胞菌(Pseudomonas donghuensis)HYS菌株是本实验室从东湖水域分离鉴定命名的,前期研究发现其对秀丽隐杆线虫的慢性致死作用比铜绿假单胞菌PAO1和PA14菌株更为强烈,提示了该菌株在毒性机制方面具有一些新的特点,值得进一步地深入探讨。为研究东湖假单胞菌HYS菌株对秀丽隐杆线虫的毒性机制,本实验室前期构建了东湖假单胞菌HYS菌株转座子插入突变库,经初筛复筛和基因定位后获得突变株68株,可用于东湖假单胞菌HYS菌株与秀丽隐杆线虫慢性致死模型作用机制研究。通过对转座子突变库的筛选发现跨膜蛋白anti-σ因子(反σ因子)RsiW参与调控细菌毒性。RsiW与选择性的胞外功能sigma因子(ECF sigma因子)SigW构成反σ因子/σ因子系统,sigma因子协助RNA polymerase(RNAP)特异性识别启动子起始RNA的合成,ECF sigma因子通过调节毒力因子相关基因的表达,从而影响细菌毒性,这是假单胞菌最重要和最常见的毒性调节机制之一。为了明确HYS菌株的毒性与RsiW/SigW系统的关系,从而探讨HYS菌株的毒性调控机制,本研究开展了以下工作:一、基因rsiW参与HYS菌株对秀丽隐杆线虫毒性作用的验证与分析。对实验室前期构建的转座子插入突变库中编号为0201 7A的突变菌株进行验证,发现其相对于野生型HYS菌株对秀丽隐杆线虫具有毒性减弱现象。根据对该突变菌株插入位点基因组定位的信息,通过构建相应基因rsiW的缺失突变株与回补菌株,进行慢性致死实验,检测发现喂食ΔrsiW的秀丽隐杆线虫LT50为5.053±0.143 d,相对野生型HYS菌株处理的LT50能够延长约2 d。以上结果表明,东湖假单胞菌HYS菌株中基因rsiW确实与其对秀丽隐杆线虫毒性相关。二、确定反σ因子RsiW与σ因子SigW互作,共同参与假单胞菌HYS菌株对秀丽隐杆线虫毒性。通过对基因rsiW在基因组位置的分析,结合生物信息学预测,设计共转录实验发现在基因rsiW前面有一个注释为RNA polymerase subunit sigma-24(σ24)的基因与rsiW在转录水平为共转录。通过酵母双杂交实验发现注释为σ24的基因编码的蛋白为与RsiW在翻译后水平存在互作,σ24命名为SigW。通过HYS菌株中基因sig W与sig W-rsiW敲除株和回补株的慢性致死实验,结果发现喂食Δsig W与Δsig W-rsiW的秀丽隐杆线虫不具有减毒现象,但喂食Δsig W(p BBR2-sig W)、HYS(p BBR2-sig W)与Δsig W-rsiW(p BBR2-sig W)具有减毒现象,这表明基因sig W与东湖假单胞菌毒性有关。结合荧光定量PCR测定实验菌株相关基因的表达量分析发现减毒菌株Δsig W(p BBR2-sig W)、HYS(p BBR2-sig W)和Δsig W-rsiW(p BBR2-sig W)中sig W的表达量相对rsiW显著增加,这表明该系统可能是以sig W表达量显著高于rsiW的差异表达形式参与东湖假单胞菌HYS毒性。上述结果显示,SigW/RsiW系统共同参与假单胞菌HYS菌株对秀丽隐杆线虫毒性,且存在一定的剂量效应,为后续研究该系统在HYS菌株的毒性机制中的地位提供基础。三、初步探讨HYS菌株的SigW可能参与的毒性调控途径。实验室前期研究中已经发现HYS菌株中的Gac系统、泛酸合成通路、Cbr/Crc系统以及铁载体合成通路与毒性有关。为确定与SigW相关的毒性调控途径,通过设计荧光定量实验发现基因sig W在转录水平上不受的Gac系统调控,且基因sig W在转录水平上与泛酸合成通路、Cbr/Crc系统以及铁载体合成通路中关键基因pan B、cbr A、pvd A均不存在直接相关性。这暗示着本研究中的SigW与HYS菌株中已知的毒性调控系统不存在直接联系,可能通过间接作用或者SigW与已知的四条通路为平行关系,参与毒力作用,为深入展开之后HYS菌株的毒性机制研究提供基础的背景信息支持。综上所述,本研究确定了SigW/RsiW(σ因子/反σ因子)系统与HYS菌株对秀丽隐杆线虫毒性相关,且在基因sig W与rsiW的表达量存在显著差异时影响其毒性;发现了HYS菌株的SigW与Gac系统、泛酸合成通路、Cbr/Crc系统以及铁载体合成通路不存在直接联系,可能通过间接调控或参与其余毒力相关途径,具体调控方式尚未开展研究,这为研究HYS菌株的毒性调控机制提供了新线索,也为未来HYS菌株可能引起的动物感染治疗提供思路。
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