丁香假单胞菌胞内C-dI-GMP对FleQ蛋白和生物膜形成的调控

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丁香假单胞菌是一类植物致病菌,其分布广泛且具有四十多个致病变种,属于一类具有冰核活性的细菌,它能在-5℃~-2℃诱发植物结冰从而发生霜冻,造成植物损伤。本研究以从我室自主分离的一株具有较高冰核活性的丁香假单胞菌MB03为实验材料,主要探索胞内第二信使c-di-GMP分子对FleQ蛋白和菌株生物膜形成的调控。  通过序列比对及保守结构域分析,在丁香假单胞菌MB03中发现与c-di-GMP代谢相关的部分酶类,并从中各挑选了一个基因进行超表达,分别为鸟苷酸环化酶编码基因,编号为VT47_20995,和磷酸二酯酶编码基因,编号为VT47_05410,构建成功的突变株分别命名为MB783和MB784。对野生菌株MB03及突变株MB783和MB784胞内相对荧光水平分析发现,突变株MB783胞内c-di-GMP水平发生了显著地提高,而MB784胞内c-di-GMP水平发生了微弱下降。通过对菌株MB03、MB783和MB784进行生物膜的定量及定性分析可知,该菌生物膜的形成会随着胞内c-di-GMP水平的升高而升高。  通过对MB03基因组信息分析,筛选到3个Fis家族的转录调控因子,可能与该菌生物膜的形成相关,分别为编号VT47_16350,VT47_15180和VT47_13090序列所编码。结合等温滴定实验结果,通过比较三者与c-di-GMP分子结合的离解常数Kd值,分别为0.06499μmol/L,87.31μmol/L和0.3906μmol/L,选择与c-di-GMP分子结合活性最强的、由基因序列编号为VT47_16350所编码的蛋白(命名为FleQ)为对象,研究其对该菌生物膜形成的影响。为此,构建了中断菌株△fleq、补偿菌株MB782和增效表达菌株MB785,并对不同菌株的生长曲线及胞内FleQ蛋白表达量进行了检测,发现基因fleq的表达在12h后会抑制补偿菌株MB782的生长,可能因为培养过程中由于生物膜的形成导致培养液中菌株的生物量大大降低。通过对菌株MB03、△fleq、MB782和MB785进行生物膜的定量及定性分析发现,FleQ蛋白不仅参与了丁香假单胞菌MB03生物膜的形成过程,而且在其中还起着正调控作用。  除此之外,本研究还以小麦、烟草和秀丽隐杆线虫为实验对象,探索在不同条件下细胞内c-di-GMP分子调控FleQ蛋白活性对菌株生物膜的形成及进一步的对菌株致病性的影响。  通过对小麦叶片的粘附实验发现,细胞内基因fleq的表达水平和c-di-GMP的水平都会影响菌株对小麦叶片的粘附能力,且菌株形成生物膜的能力大致与对小麦叶片的粘附能力保持一致。通过对小麦叶片的侵染实验发现,细胞内基因fleq的表达水平和c-di-GMP的水平都会影响菌株对小麦叶片的侵染,且中断基因fleq后菌株对小麦叶片的侵染能力发生了显著地提高,同样胞内低水平的c-di-GMP分子也会使菌株对小麦叶片的侵染能力增强。通过不同菌株诱发烟草叶片产生超敏反应的实验发现,基因fleq与菌株诱发烟草叶片产生超敏反应的能力有关,并且这种现象可能与菌株形成生物膜的能力相关,而胞内c-di-GMP的水平会对菌株诱发烟草叶片产生超敏反应这种现象产生影响,并且随着胞内c-di-GMP水平的降低,菌株使烟草叶片产生超敏反应的能力在一定程度上表现为提升。通过对不同菌株杀秀丽隐杆线虫活性的分析发现,突变株△fleq、MB783和MB784对线虫的致死率和野生株MB03相比相当,但MB782对线虫的致死率比MB03要高,而且随着反应时间的延长,线虫的死亡率越来越高,到72h时死亡率高达80%。
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