红树林来源产复苏促进因子放线菌筛选、基因异源表达与活性研究

来源 :广西民族大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:airfly
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红树林沉积物的环境独特而复杂,蕴含丰富的放线菌资源,目前已分离的菌株只占红树林放线菌资源中的0.01%~10%,其中大部分放线菌为适应环境的变化会周期性进入活的但非可培养(viable but non-culturable,VBNC)状态。复苏促进因子(Resuscitation-promoting factor,Rpf)具备复苏VBNC菌株的能力,在皮摩尔浓度下即可复苏并促进革兰氏阳性(G+)菌株生长。放线菌是rpfs基因的主要来源之一,因此,开展对红树林来源产rpfs的菌株研究,有利于丰富rpfs基因库,为Rpfs蛋白的进一步应用、开发提供重要指导作用。本研究以红树林沉积物为样品,使用浓缩发酵上清液促生细菌新种的方法,获得一株含rpf B基因和一定促生能力的菌株。基于16S r RNA基因序列系统发育分析,确定该菌株为Rhodococcus sp.(GX12401)。以Rhodococcus sp.(GX124010)为目的菌株,深入研究该菌株rpf B基因在原核表达系统中的表达情况及酶学性质等,主要结果如下:(1)通过对广西北部湾茅尾海红树林沉积物中菌株的分离,共得到放线菌63株,属于放线菌纲的10个目15个科22个属,其中枝杆菌目(Mycobacteriales)、微球菌目(Micrococcales)和链霉菌目(Streptomycetales)比率较高,分别占所有放线菌株数的21.88%、20.64%和15.3%。通过单基因组分析,发现这63株放线菌株中含有rpf基因的菌株13株,占放线菌比为20.63%,对具备rpfs基因的13株菌株进行16S r RNA和蛋白进化树分析,发现两者的分类地位相似,这可能说明rpfs基因是随着物种进化而进化,而不是通过基因水平转移获得的。通过浓缩发酵上清液对微生物新物种进行促生研究,结果发现5株具有促生活性的菌株,其中的Rhodococcus sp.(GX12401)和Glutamicibacter arilaitensis(GX3430)对多属菌株具备促生功能,且Rhodococcus、Glutamicibacter和Brevibacteriales是同时具有rpfs基因和促生功能的菌属。(2)基于Rhodococcus sp.(GX12401)全基因组分析,对rpf B基因进行引物设计,通过酶切连接,以p ET30a(+)为表达载体,构建p ET-30a(+)-rpf B重组子,以E.coli TOP10为宿主细胞获得rpf B基因。生物信息学分析结果显示,Rhodococcus sp.(GX12401)所携带的rpf B编码框含1128个碱基,编码的蛋白质由375个氨基酸和一个终止密码子组成。(3)将重组子p ET-30a(+)-rpf B导入宿主细胞E.coil BL21,对RpfB蛋白进行异源表达,并获得可溶性蛋白。RpfB蛋白大小的理论值为46.6 k Da,经过12%SDS-PAGE检测,大小约为55 k Da,比预测结果大8.4k Da。确定最佳诱导表达条件,收集到RpfB粗提液。采用镍柱,使用梯度洗脱的方式,对异源表达的RpfB进行分离纯化,通过基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI-TOF MS)检测和分析,纯化后的蛋白条带为目的蛋白RpfB。RpfB酶学特性分析表明,RpfB具有低溶菌酶活性,为4.74 U。RpfB的最适酶反应温度为45°C;在温度为50°C时,与底物反应7 h,相对酶活仍大于50%,说明该酶在一定程度上具有良好的热稳定性。该酶在25°C~45°C(孵育时间物DMSO可以促进RpfB的酶活。相反,Ni2+、Co2+、K+、Tris、甘油、乙酸和Tween 80会抑制RpfB酶活性。(4)使用环丙沙星成功将Rhodococcus sp.(GX12401)诱导进入VBNC状态。利用重组蛋白RpfB对处于VBNC状态的Rhodococcus sp.(GX12401)进行复苏,重组蛋白RpfB的最高用量为1000 pmol/L,最适用量为1 pmol/L。另外对红树林沉积物样本中加入重组蛋白RpfB处理时,在pmol/L级别时,能够促进革兰氏阳性(G+)菌株的快速生长。本研究从红树林沉积物中筛选出具备促生能力的潜力菌株Rhodococcus sp.(GX12401),并对该菌株的RpfB进行异源表达。酶学性质实验表明重组蛋白RpfB具有良好的稳定性和酶活力,以及低溶菌酶活性,为4.74 U,其中Mg2+、Na+、Al3+、DMSO可显著提高RpfB活性,而且能够复苏Rhodococcus sp.(GX12401)的VBNC状态,同时促进革兰氏阳性(G+)菌株的快速生长。以上分析结果为Rhodococcus sp.(GX12401)菌株及该菌株来源复苏促进因子在实际中的应用奠定坚实基础。
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