一种PutA家族蛋白对植物青枯菌GMI1000致病因子胞外多糖合成调控机理研究

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青枯菌(Ralstonia solanacearum)是一种常见的植物致病菌,它能侵染多种植物并导致毁灭性维管束病害。青枯菌细胞极易突变,其致病机制和调控网络极其复杂,这两个特点增添了青枯菌的防治难度。青枯菌的巨大危害性给农业生产带来不可忽略的消极影响,为了降低其对作物种植造成的损失,有必要对其进行深入研究。青枯菌所分泌的胞外多糖是其拥有强致病性的关键因子,具有极其重要的研究价值。在此研究背景下,我们旨在发现与胞外多糖合成相关的新基因以加深对其致病调控网络的了解。本课题具体研究的对象为植物青枯劳尔氏菌GMI1000标准菌株,探究青枯菌GMI1000的主要致病因子胞外多糖(本实验主要用编码EPS I多糖输出外膜蛋白的基因epsA为代表)合成调控机理。前期利用野生型epsA启动子的报告系统进行Tn5插入构建突变体库,接着通过筛库得到第一个正调控胞外多糖合成且编码一种Put A家族蛋白的基因tpeA(Trifunctional transcriptional regulator;Proline dehydrogenase;regulate EPS;Proline utilization A family protein),在对tpeA进行转录组学分析时利用RNA-Seq数据分析挑选出可能与epsA相关的基因进行过表达,经过层层实验筛选证实得到第二个正调控胞外多糖合成且受到tpeA正向控制的新基因sdgR(Sugar metabolism;Deo R/Glp R transcriptional Regulator)。本论文对这两个基因进行功能分析:研究其对菌的致病力和基础生物学的影响、从转录水平分析确定其参与到胞外多糖合成的调控形式为正调控以及对其它基因的影响、从蛋白质水平分析胞外多糖合成调控机制,确定结合方式及定位结合区域,此外研究两基因间的相关性来进一步完善其致病调控途径并揭示胞外多糖致病相关蛋白的调控机制。本研究首次揭示了青枯菌GMI1000菌株中的tpeA和sdgR基因与胞外多糖的合成密切相关,两基因在调节发病机理上发挥了重要作用,tpeA和sdgR突变体差异表达基因存在大量重叠且表型上具有一定相似性,尤其见于降低生物膜形成及氧化应激敏感性的显著增加。两基因均能通过直接结合epsA启动子正调控细菌胞外多糖的合成来影响青枯雷尔氏菌GMI1000菌株致病性。总的来说tpeA可以通过两种模式控制胞外多糖的合成:第一种是直接调控,蛋白TpeA直接与epsA启动子结合来正向控制EPS合成编码基因的表达。第二种是间接调控,蛋白TpeA通过直接与sdgR启动子结合正调控其表达,与此同时蛋白Sdg R结合到epsA启动子区域实现胞外多糖合成编码基因的正向调节。此外通过DNase I footprinting确定TpeA蛋白与epsA启动子结合区域碱基序列为CAC TCC GAA GTA GGG AAA CGAAAT G,生物信息学分析总结与TpeA蛋白结合的启动子序列规律为AGG NAAANN AA(N是任何核苷酸)。本研究揭示出TpeA蛋白对于青枯菌GMI1000菌株胞外多糖的合成调控极其关键且进一步完善其调控机制,在理论和实践层面具有较为重要的价值。
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