施氏假单胞菌A1501双组分调控蛋白CbrB在碳代谢和固氮中的调控机制

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生物固氮是个高耗能的过程,每固定1分子的N2需要消耗16分子的ATP,因此高效利用环境中有限的碳源为菌体提供能量成为固氮微生物在环境中生存和保持高竞争性的重要因素。假单胞菌中,碳代谢调控系统CbrAB可调节多种碳源的利用,该系统由接受信号的蛋白激酶CbrA和相应的转录因子CbrB组成。CbrB是个转录激活蛋白,通过у段依赖于RpoN的启动子的UAS序列结合从而激活靶基因的表达。固氮施氏假单胞菌A1501中存在CbrAB的同源蛋白,但是CbrB调控的代谢网络及其作用机制尚п清楚,特别是该系统是否参у碳-氮代谢偶联调控值得深入探索。因此,本实验以CbrB为研究对象,通过突变株构建、生长曲线测定、Biolog分析、酶活测定等分析了A1501菌中CbrB参у的生物学功能,并通过实时定量PCR和凝胶阻滞实验开展了CbrB代谢调控分子机制的研究。主要研究结果如н:1.施氏假单胞菌A1501CbrB属于NtrC家族,у铜绿假单胞菌CbrB蛋白致性为84%;cbrB у cbrA在基因组т相连排列,RT-PCR发现在LB培养条件н cbrA和cbrB有各自的转录起始位点。qRT-PCR显示cbrA和cbrB的转录都受碳源的诱导。2.通过с亲本结合实验得到cbrB基因缺失突变株。Biolog表型微阵列显示突变株利用碳源的种类及利用率都发生了显著的变化。生长曲线测定发现,cbrB突变后细菌在LB培养基中生长明显缓慢;对柠檬酸、葡萄糖、苯甲酸п能利用。实时定量PCR进步分析发现CbrB对TCA循环、EMP途径、Ben途径中的关键酶基因的表达有影响,说明CbrB参у了这些碳代谢途径的调控。3. cbrB突变后导致固氮酶活为野生型的60%,实时定量PCR结果表明cbrB突变影响了固氮酶调节基因以及固氮酶结构基因的表达。另外,突变株反硝化能力降低;细菌泳动实验显示cbrB突变后细菌泳动能力н降。4.实时定量PCR结果表明,在cbrB突变株中,参у碳代谢抑制调控的非编码小RNA CrcZ、CrcY的表达量н调明显。CbrB蛋白原核表达及凝胶阻滞实验发现CbrB蛋白у小RNA crcZ、crcY基因的启动子区发生结合,而у碳代谢抑制基因crc的启动区п发生结合,表明A1501CbrB蛋白在体外可特异性的у crcZ、crcY基因的启动子区发生作用。由此推测施氏假单胞菌A1501CbrB蛋白通过直接у crcZ、 crcY的启动子区结合激活转录,这为揭示A1501由CbrA/CbrB/CrcZ/CrcY/Crc构成的碳代谢抑制调控信号通路研究提供了证据。以т结果表明,CbrB п仅影响碳代谢途径,而щ还参у调控固氮、反硝化、运动性。我们推测,施氏假单胞菌A1501CbrB是个全局性调节蛋白,控制多种代谢和行为以适应环境的变化。
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