西瓜噬酸菌phoB、phoR及Aave2620基因功能研究

来源 :吉林农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:buzadi3
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西瓜噬酸菌(Acidovorax citrulli)为瓜类细菌性果斑病(bacterial fruit blotch,BFB)病原菌,菌体形态特征为单根极生鞭毛,不产生荧光并且好氧类细菌,革兰氏染色阴性。果斑病是世界范围内的细菌性检疫病害,为中国出入境重点检疫对象,其主要通过种子带菌传播的方式,对世界各地的西瓜、甜瓜等葫芦科作物造成严重的危害,对产业经济带来巨大的损失。细菌中的c-di-GMP信号途径和双组分调控系统是两个复杂且又截然不同的生理过程,细菌的毒性、运动性及生物膜形成能力对致病性的影响至关重要。本试验从c-diGMP信号调控和双组分信号调控这两个角度来研究基因Aave2620及phoB与phoR对致病性相关表型的影响。我们分析了Aave2620,phoB与phoR基因生物信息学,包括结构域功能,还通过三亲本杂交及同源重组双交换,成功构建Aave2620,phoB与phoR基因的单基因缺失突变菌株ΔAave2620、ΔphoB、ΔphoR和回补菌株ΔAave2620comp、ΔphoBcomp、ΔphoRcomp,以及基因phoB与phoR双缺失突变菌株ΔphoB/phoR,以野生型菌株Aac5为阳性对照,清水为阴性对照,进行了致病相关表型的测定。此外,利用实时荧光定量q RT-PCR技术测定基因Aave2620、phoB与phoR在突变株ΔAave2620和ΔphoR中的表达量,验证三者之间是否存在调控关系,并探究Aave2620、phoB与phoR的缺失对西瓜噬酸菌中的毒力因子,三型分泌系统调控因子等其它致病相关基因产生的影响。研究结果如下:(1)通过NCBI数据库和SMART软件进行氨基酸序列比对,在西瓜噬酸菌基因组AAC00-1中共发现了43个编码GGDEF及EAL结构域蛋白,分析结果显示,基因Aave2620具有参与合成c-di-GMP的GGDEF结构域和降解c-di-GMP的EAL结构域,以及用作信号传感器的PAS结构域,功能注释为磷酸二酯酶。基因Aave2631编码蛋白PhoB,且具有接收信号功能的REC结构域,并与鞭毛马达基因che Y相关;基因Aave2632编码蛋白PhoR,且具有发出信号的HK结构域和HATPase结构域,基因Aave2631与Aave2632关系预测结果为双组分信号调控系统。(2)实时荧光定量结果显示,基因Aave2620的缺失使西瓜噬酸菌Aac5的三型分泌系统主要相关基因hrp E和hrp G的表达量显著上调、鞭毛调控基因fli A和che A的表达量表现为显著上调、毒力因子trb C和vir B也显著上调。ΔAave2620对寄主的致病能力显著弱于野生型Aac5,体内外生长能力明显降低,发病率及生物膜形成能力也显著下降,运动能力较野生型也呈显著减弱,基因Aave2620缺失后能够正常引起烟草过敏性反应。基因phoB的缺失也仍具有烟草过敏性反应,突变株致病能力有降低,且对生物膜的形成也有明显影响,ΔphoB中的hrp X和hrp G基因表达量显著下调、hrp E基因显著上调、鞭毛相关基因fli A的表达量显著上调、che A基因有明显下调。ΔphoR中的毒力因子trb C和vir B表达量显著下调,且基因phoR对hrp G和che Y具有正调控的作用。基因phoR的单独缺失对寄主的致病力,运动能力,体内外生长能力以及其他致病相关表型都没有产生明显的影响,但是基因phoB与phoR的双缺失却加重了西瓜噬酸菌对寄主的致病能力,双缺失突变株ΔphoB/phoR能引起烟草过敏,运动能力也几乎没有受到影响,但是生物膜的形成能力有显著增强,且对三型分泌系统的主要相关基因hrp E、hrp G和hrp X也起到了显著的正调控作用。(3)基因Aave2620、phoB与phoR均与三型分泌系统相关。基因Aave2620属于c-di-GMP信号途径调控因子,基因phoB与phoR则为假定双组分信号传导系统,和三型分泌系统共同作用参与西瓜噬酸菌致病性的调控。以往也有众多研究表明,c-di-GMP在细胞内,并不是独立发挥作用的,而是经常与其他常见的重要调控系统,例如III型分泌系统,群体感应系统,双组分系统等相互协调共同对细胞中的多种生命活动和致病性起到调控的作用,通过本实验这一观点在西瓜噬酸菌中也得到了验证。实时荧光定量结果表明基因Aave2620、phoB与phoR的缺失均能引起hrp G和hrp X等三型分泌系统主要相关基因表达量的显著变化,但是调控方向不同,以此可见每一个调控系统既有专属自己的调控特性和角度,又会与其他信号通路紧密结合,交织成完整的信号传递网络来完成病原菌的各项生理活动。(4)基因Aave2620、phoB与phoR三者之间存在着显著的调控关系。经实时荧光定量q RT-PCR技术测定后,表达量数据结果显示,基因Aave2620受到phoR基因显著的正向调控,Aave2620基因正向调控phoB基因,在ΔphoR中基因phoB极显著上调,两者之间为反向作用关系。
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