鱼类病原杀香鱼假单胞菌Ⅵ型分泌系统效应-免疫蛋白的筛选及功能初步研究

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杀香鱼假单胞菌(Pseudomonas plecoglossicida)是一种重要的鱼类致病菌,能造成大黄鱼等养殖鱼类的大量死亡。前期本实验室发现大黄鱼致病株XSDHY-P基因组中编码有3套Ⅵ型分泌系统(分别命名为T6SS-1、-2和-3),其中T6SS-2介导了菌间竞争,可促进菌株在养殖环境或宿主中定植。目前,P.plecoglossicida介导T6SS菌间杀伤的效应因子及其功能尚未阐明。已发表的研究显示,菌间杀伤相关的T6SS效应因子都会在其编码基因上游或下游相邻区位点编码一个能中和其毒性的免疫蛋白;编码这些效应因子-免疫蛋白对(Effector and Immunity protein pairs;下文缩写为E-I)的基因多与Hcp、Vgr G、PAAR蛋白基因相关联。利用这些已知信息,本论文首先通过生物信息学分析,筛选了XSDHY-P菌株中具有潜在细菌毒性的T6SS效应因子,并预测了其毒性结构域;继而通过大肠杆菌生长抑制实验、质粒降解实验以及菌间竞争实验证明其中两对E-I在菌株T6SS介导的菌间竞争中发挥了作用,具体发现总结如下:1.P.plecoglossicida XSDHY-P基因组中编码了5个vgr G基因(其中3个位于3个不同的T6SS基因簇,另外两个为孤儿vgr G基因),其中vgr G-2及两个孤儿vgr G(vgr G-4和vgr G-5)基因下游编码有4个潜在细菌毒性效应因子(命名为Type six XSDHY-P effector缩写为Txe)及其免疫蛋白(Txi)。vgr G-2下游编码效应因子-免疫蛋白对Txe1-Txi1和Txe2-Txi2,vgr G-4下游编码Txe3-Txi3,vgr G-5下游编码Txe4-Txi4。2.结构域预测分析显示4个潜在效应毒力因子为不同蛋白家族的核酸酶毒素。Txe1、Txe2和Txe4中含有典型的RHS保守结构域,Txe1、Txe3和Txe4含有PAAR模体结构。在C端结构域(CTD)预测中,在CCD数据库缺乏与Txe1 CTD同源的结构域,但Alphafold2预测的蛋白模型显示Txe1 CTD携带有与Caspase-Activated DNase His-Me finger(PDB ID:1v0d)类似催化结构。Txe2携带Tox-AHH核酸酶结构域(pfam14412,HNH/Endo ⅥI核酸酶家族)。Txe3具有HNHc核酸酶结构域(pfam01844,HNH核酸酶家族)。Txe4具有Tox-SHH核酸酶结构域(pfam15652,HNH/Endo ⅥI核酸酶家族)。3.Txe1、Txe2和Txe4在大肠杆菌诱导表达实验中展示了明确的细菌毒性,而仅Txe1和Txe4在菌株XSDHY-P与被捕食菌共培养时发挥了显著的抑菌作用。本文将编码序列txe1、txe2、txe3、txe4、txe1CT(Txe1的C端结构域)、txe2CT、txe4CT、txe1-txi1(效应-免疫基因共表达)、txe2-txi2和txe4-txi4克隆至阿拉伯糖(L-arabinose)诱导质粒p BAD33.1,转化至E.coli BL21(DE3)进行生长抑制实验及细胞内质粒降解实验。结果分析得Txe1、Txe2、Txe4、Txe1CT、Txe2CT和Txe4CT抑制大肠杆菌生长,细胞内降解质粒。Txi1、Txi2和Txi4分别是效应因子Txe1、Txe2、Txe4的免疫蛋白。构建效应因子缺失株,将XSDHY-P野生株(WT)、效应因子缺失株和ΔT6SS-2作为捕食菌(attacker),E.coli XL10作为被捕食菌(prey),开展菌间竞争实验,结果表明仅Txe1和Txe4介导了菌株T6SS-2相关的菌间杀伤。
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