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溶杆菌是一类环境中广泛存在、但又较难分离的革兰氏阴性细菌。在分类地位上,该类细菌属于黄单胞科(Xanthomonadaceae)、溶杆菌属(Lysobacter)。溶杆菌常发现于土壤和水体中,菌体无鞭毛,基因组G+C含量较高,能产生不同种类的胞外水解酶和小分子次生抗菌物质,对病原真菌、细菌和线虫具有溶菌活性。1978年,Christensen和Cook命名了该属的4个典型种,分别为产酶溶杆菌(Lysobacter enzymogenes)、抗生素溶杆菌(Lysobacter antibioticus)、变棕溶杆菌(Lysobacter brunescens)和胶状溶杆菌(Lysobacter gummosus)。近年来,溶杆菌逐步受到关注,许多文献也已报道了它们的生态学重要性以及作为生防细菌的明确应用前景。 菌株OH17是本实验室从安徽水稻根际土壤分离获得的一株生防细菌。本文测定了OH17的抗茵谱,发现该菌株对丝状真菌、卵菌、革兰氏阳性细菌以及酿酒酵母均具有较强的拮抗活性。形态学相关研究表明,菌株OH17为革兰氏阴性茵,杆状、无鞭毛,最适生长温度为28℃。在不同培养基上呈现出不同的茵落形态:在NA培养基上,菌落淡黄色,菌体表面圆润有光泽,表面突出;在LA培养基上生长缓慢,菌落黄色;在10%TSA上,菌落白色,表面平坦;在100%TSA上基本不生长,无法形成菌落。进一步通过生理生化性状测定以及16S rDNA序列分析,本研究将菌株OH17鉴定为胶状溶杆菌(L.gummosus)。 为鉴定菌株OH17的生防因子,首先需要构建适用于该菌株的遗传操作系统。考虑到遗传操作系统的构建需要适当的抗生素筛选标记,为此本研究检测了OH17对常用7种抗生素的耐受水平,结果显示:OH17对庆大霉素、氨苄青霉素、氯霉素和利福平较敏感,对四环素有较小的耐药性,完全抗卡那霉素和链霉素。 根据上述抗生素敏感性的检测结果,我们最终选择了自杀载体pJQ200SK(含庆大霉素抗性基因)用于OH17中靶基因的敲除。本文首先选择pilR为目标指示基因,因为其同系物在产酶溶杆菌OH11中已证明参与抗菌物质的生物合成。通过同源重组双交换的手段,本文利用pJQ200SK成功实现了pilR的基因缺失。表型检测表明,pilR突变株菌落湿润、颜色变白,再次确认了突变株构建的成功。 接下来,本研究以pilR突变株为指示菌株,旨在构建相应的互补体系,原因是该突变株的菌落湿润,据此易观察互补系统是否成功。本研究尝试了两种类型的载体对pilR突变株进行互补。一种是自主复制型载体,这种载体能独立于染色体在菌株OH17中进行自我复制(多拷贝)。在本文中,我们检测了4种常用的、含有不同复制子的载体对pilR突变株表型互补的可能性。另一种是基于染色体整合的载体。这种载体引入菌株OH17后,它能整合到基因组中并与所整合的染色体一起复制(单拷贝)。本文构建了基于染色体整合的载体pJQ(chiA)。该载体是将几丁质酶A编码基因chiA的内部(466bp)的片段克隆到pJQ200SK中获得。当目标基因随pJQ(chiA)进入OH17细胞内,有一部分交换子将整合到cjiA中,导致几丁质酶活性丧失,从而可快速筛选基于染色体整合的互补菌株。本文通过系统的筛选和表型检测,最终确定了自主复制型载体pSEVA321CM和基于染色体整合的载体pJQ(chiA)均可恢复pilR突变株的表型缺陷,从而建立了适用于菌株OH17的功能基因互补系统。 最后,本文聚焦于OH17基因组中11个与小分子次生代谢产物合成相关的基因簇,旨在探索它们是否与OH17的抗菌活性密切相关。采用基于pJQ200SK的基因敲除手段,对每一个基因簇中的聚酮合酶(PKS)或非核糖体肽酶(NRPS)的编码基因进行了缺失,构建了相应的突变株。表型检测发现,2个基因簇参与了OH17的抗菌活性。一个基因簇为产酶溶杆菌中已报道的负责HSAF生物合成的基因簇。该基因簇中杂合的PKS/NPRS以及OX3的基因的缺失,导致菌株不产生HSAF,丧失抗丝状真菌和卵茵的活性。另一个基因簇与产酶溶杆菌中已报道的负责抗细菌活性物质WAP-8294A2的生物合成基因簇相似。然而,在OH17中突变这个基因簇中的PKS或NRPS,导致OH17完全丧失抗酵母和革兰氏阳性细菌的活性,但保留抗丝状真菌和卵菌的活性,揭示这个基因簇在OH17中合成了结构未知的抗酵母和革兰氏阳性细菌的活性物质。 综上,本研究成功构建了胶状溶杆菌OH17的基因定向敲除系统和互补系统,为今后深入研究胶状溶杆菌OH17的生防机理的奠定了基础。