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细菌的致病性是细菌和宿主基因产物动态相互作用的结果。细菌毒性基因的表达总是受控于复杂的调控系统,其中包括来自宿主的调控因子。野油菜黄单胞菌(Xcc)是十字花科植物黑腐病的致病菌,通过分析Xcc全基因组序列发现了单拷贝的xccR/pip遗传位点。该位点全长2.1 kb,由两个同向ORF组成。其中上游基因xccR编码的蛋白产物XccR与细菌群体感应转录因子LuxR同源;下游基因却编码脯氨酸亚氨基肽酶(PIP);在plp基因启动子区域中存在一个与LuxR特异结合位点lux box同源性很高的20 bp反向重复序列,命名为luxXc box。本论文对xccR/pip遗传位点的生物学表型及其表达调控模式进行了研究。突变xccR或pip基因均使得Xcc对宿主甘蓝的致病性基本丧失,在突变体菌株中导入表达相应基因的质粒可恢复突变体的致病性,说明这二个基因对Xcc的致病性是必需的;交叉互补实验显示导入pip互补质粒可以恢复xccR突变体菌株的致病性,但xccR互补质粒却不能恢复pip突变体的致病性,表明在致病信号传导途径中pip处于xccR的下游。当Xcc生长于NYG培养基时,超表达xccR显著增强pip基因的表达,而且luxXc box对于该诱导表达是必需的;凝胶阻滞实验显示了XccR与luxXc box在体外的直接结合,上述结果说明XccR通过顺式元件luxXcbox激活pip基因的表达。进一步发现,当细菌生长于宿主植物中时pip启动子的表达水平明显增强;xccR基因和luxXc box对pip启动子植物诱导表达都是必需的,而突变pip基因则更增强了pip启动子在植物中的表达水平。通过以上数据可以得出:pip基因对Xcc的致病性至关重要,其表达受到宿主植物诱导,调控表达的机理为:细菌通过转录因子XccR感受特定的植物环境或化学信号分子,被激活的XccR进而通过与顺式元件luxXc box的直接互作,诱导pip基因表达,帮助Xcc在宿主植物上建立成功的感染;而且在宿主植物体内pip基因表达还受到PIP自身的反馈抑制。
本文中还分别对pip参与致病性的机理和XccR感受信号分子的性质进行了探索。PIP蛋白定位于Xcc的周质空间,pip基因突变后Xcc蛋白酶活性降低40%,突变体在植物中的生长和沿维管束的扩散速率均有所降低。XccR与典型的LuxR型转录因子在AHL(酰基高丝氨酸内酯)结合结构域的保守氨基酸残基上存在差异,不能被AHL信号分子激活。