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群体感应是微生物通过信号分子对其菌群行为进行系统调控的反应过程。目前在细菌中发现的群体感应信号分子的种类及其调控的细菌行为具有多样性,如Vibrio fischeri通过高丝氨酸内酯调控其发光过程,Streptococcus pneumoniae可以通过短肽调控自身的感受态,而Xanthomonas spp.(黄单胞菌属)则是通过DSF(diffusible signalfactor,简称DSF)家族信号分子对其致病过程进行调控。黄单胞菌属多为植物病原菌,可使包括水稻、柑橘、白菜、番茄、辣椒等经济作物在内的400多种植物感病。在黄单胞菌属中研究较为透彻的就是rpf/DSF群体感应系统对其致病性的调控过程。到目前为止,在黄单胞菌属中已有三个DSF家族信号分子(DSF、BDSF和IDSF)被鉴定为脂肪酸分子,同时培养基的配方也影响着各信号分子产生的比例。最近研究表明Burkholderia cenocepacia是通过烯酰辅酶A水合酶RpfF作用脂肪酸合成过程的中间体来产生BDSF,但是DSF家族信号分子的合成途径与脂肪酸循环间的联系还没有得到建立。本研究以野油菜黄单胞菌野油菜致病变种(Xanthomonas campestris pv.campestris,简称Xcc)为对象,通过生物信息学、遗传学和代谢分析等手段研究DSF家族信号分子的合成途径,获得以下结果:1)β-酮基酰基载体蛋白还原酶(β-ketoacyl-ACPreductases,简称FabG)是短链脱氢酶(short-chaindehydrogenases/reductases,简称 SDR)超家族成员,它负责催化脂肪酸延伸循环过程中的第一步还原反应。本研究选定FabG为目标来研究DSF家族信号分子的合成途径与脂肪酸循环间的联系。本研究通过序列相似性网络分析和结构域分析对黄单胞菌属的SDR超家族蛋白进行系统研究,分析结果表明Xcc中有四个FabG结构域蛋白:Xcc1018、Xcc4003、Xcc0384和Xcc0416。对各编码基因的启动子和操纵子进行分析发现,Xcc0384与其下游的Xcc0383(编码BioC蛋白,参与合成生物素)处于同一操纵子,而Xcc0416的启动子区则包含三个潜在的全局性转录调控因子Clp(CAP-like protein)的结合位点。本部分结果铺垫了后续关于Xcc0416和Xcc0384的深入研究。2)分别通过同框缺失和超表达以上找到的4个FabG类蛋白编码基因来分析它们与DSF家族信号分子合成间的联系发现,4个FabG均与DSF家族信号分子的合成相关,然而它们对DSF家族信号分子的产生比例和产量的影响各异。对突变体的DSF信号调控相关表型进行分析发现,与野生型Xcc相比各FabG类蛋白编码基因突变体的致病因子(胞外纤维素酶、胞外淀粉酶、和胞外多糖)的产生也表现出了不同程度的变化。研究同时我们发现Xcc4003突变体表现为菌黄素产生缺陷型,同时突变体产生的扩散因子(diffusible factor,简称DF)在胞外出现累积。本部分结果说明了脂肪酸延伸循环与DSF家族信号分子生物合成间的复杂联系,同时通过Xcc4003建立了菌黄素合成与DSF群体感应系统以及脂肪酸合成间的联系,最后也最重要的是为后续研究决定各FabG蛋白功能差异的结构基础指引了方向。3)在研究DSF家族信号分合成途径的同时,我们也对DSF家族信号分子的合成前体进行了研究。我们通过合成培养基测定DSF家族信号分子合成前体时发现一个新型小分子IDSF,同时确定它的合成前体为异亮氨酸。通过高效液相色谱(high performance liquid chromatography,简称 HPLC)对 IDSF 进行分离与纯化后,经核磁共振分析(nuclear magnetic resonance,简称NMR)确定IDSF为顺-10-甲基-2-十二烯酸(cis-10-methyl-2-dodecenoic acid)。本部分结果完善了黄单胞菌的DSF家族信号分子。综上所述,本研究对黄单胞菌DSF家族信号分子及其合成途径进行了完善。细菌的生活环境往往是在变化之中,为了适应多变的环境,细菌同时也进化出了一系列的双组份系统来接收和传递环境信号进而来调整自身的代谢和生长。PhoB/R双组份系统是细菌用来响应环境磷信号的应激系统,当环境磷贫瘠时,PhoB/R系统可以传递来自pst感应系统的信号而对磷获取相关因子进行调节。虽然在大肠杆菌中PhoB/R系统的功能研究比较清楚,但是黄单胞菌中PhoB/R的功能以及它对细菌致病性调控过程还不得而知。本研究基于已获得的转录组学结果分析PhoB/R调控水稻黄单胞菌生长和致病性的机理;结合代谢组学分析手段比较phoB/R突变体与野生型菌株胞内代谢物间的差异发现,phoR突变体的细胞膜磷脂含量显著低于野生型,而phoB突变体的细胞膜磷脂水平反而较野生型略有上升,同时它们的不含磷膜脂含量相对较低且相互之间没有明显变化。我们推测磷脂变化是导致phoB/R突变体与野生型生长和致病性差异的原因。本研究表明水稻黄单胞菌细胞膜脂质组成中不含磷脂质所占比例较低,而PhoB/R可能是通过调控细菌细胞膜脂质组成进而影响水稻黄单胞菌的生长和致病性,同时PhoB/R还会调控细菌的糖代谢和物质转运过程。