枯草芽孢杆菌glnA和glnR基因的鉴定及其对氨氮的应答

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谷氨酰胺合成酶(Glutamine synthetase,glnA)对铵有很好的吸收作用,能有效降解水质中的部分有害氨氮物质。氮代谢全局转录调控因子(Global nitrogen regulator,glnR)是一类氮源敏感调节因子,可以抑制或激活氮代谢相关基因的表达,从而吸收氮源。本试验用PCR、RT-PCR扩增枯草芽孢杆菌的glnA、glnR基因及并对其进行生物信息学分析,并用实时荧光定量PCR检测glnA、glnR对氨态氮((NH42SO4)的应答。对构建的表达载体进行蛋白表达及鉴定,进而初步探究glnA、glnR蛋白功能。获得主要结果如下:本试验克隆出枯草芽孢杆菌glnA基因CDS序列1335 bp,可编码444个氨基酸,glnA蛋白二级结构主要由α螺旋(42.57%),自由卷曲(34.46%)组成。glnA是稳定蛋白,是谷氨酰胺合成酶超家族成员。glnR基因CDS序列408 bp,编码135个氨基酸,glnR蛋白主要由α螺旋(54.07%),自由卷曲(36.30%)组成。glnR为不稳定蛋白,是Mer超家族成员。STRING预测表明:glnA蛋白与nasB、nasD、nasE、glnR等蛋白存在互作关系;glnR蛋白与glnA、amtB、gltA等蛋白存在互作关系。用qRT-PCR检测glnA、glnR基因对氨氮的应答,在24 h时glnA基因在40 mM、50 mM、100 mM和125 mM(NH42SO4处理的枯草芽孢杆菌样品中的相对表达量均极显著高于未加(NH42SO4的枯草芽孢杆菌对照组样品(p<0.01),其中在125 mM相对表达量最高,极显著高于40 mM和100mM(NH42SO4处理组(p<0.01)。glnR基因在100 mM、125 mM(NH42SO4处理枯草芽孢杆菌样品中相对表达量均极显著高于未加(NH42SO4的枯草芽孢杆菌对照组(p<0.01),其中在125 mM相对表达量最高,极显著高于20 mM、40 mM、50 mM和100 mM处理组(p<0.01)。glnA、glnR基因表达量在一定范围内与氨氮浓度的变化呈正相关。SDS-PAGE结果显示glnA蛋白大小约为50 kDa,glnR蛋白大小约14 kDa。质谱鉴定结果显示,glnA蛋白肽段可信度得分最高,为544.1,蛋白质覆盖率为88%,平均分子质量约为50.25 kDa,鉴定为glnA蛋白。glnR蛋白肽段可信度得分最高,为412.12,蛋白质覆盖率为97%,平均分子质量约为14.87 kDa,鉴定为glnR蛋白。对诱导的蛋白进行纯化和复性,并将纯化复性蛋白添加到养殖水质中,glnA蛋白(19μg/mL)在4 h后将水中氨氮含量从0.8 mg/L降解至0.01 mg/L。glnR蛋白(2.72μg/mL)在4 h后将养殖水质氨氮含量从0.8mg/L降解至0.01 mg/L。glnA、glnR蛋白对养殖水质的氨氮含量有较明显的降解作用。毒力试验表明glnA、glnR蛋白表达对大肠杆菌有一定的抑制作用。以上结果表明glnA、glnR基因在氨氮降解中具有一定的作用,这为进一步研究glnA、glnR功能提供科学数据。
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