sRNA GcvB对鼠伤寒沙门菌毒力的调控作用研究

小RNA(sRNA)是一种调节分子,可以在转录后水平调节基因表达,从而改变细菌的生理特征。为了研究sRNA GcvB在鼠伤寒沙门菌毒力中的调控作用,本研究构建了GcvB基因缺失株、互补株及示踪菌,检测其对鼠伤寒沙门菌生物被膜形成及泳动能力的影响;分析亲本株与缺失株在毒力及感染动力学上的差异,预测并分析了GcvB调控的潜在靶基因,探究了GcvB对ST生物被膜、氧化应激和毒力的调控作用。结果显示,与亲本株和回补株相比,GcvB缺失后生物被膜形成能力升高、抗氧化应激能力显著增强;半数致死量(LD50)上升至3.98倍。实时荧光定量PCR(qRT-PCR)检测靶基因gcvA、bapA、hilA、igaA及sitD,结果显示gcvA、bapA、igaA及sitD的转录水平表达量上调,而hilA下降。本研究证实sRNA GcvB参与了鼠伤寒沙门菌生物被膜形成、氧化应激和毒力作用,为揭示sRNA GcvB在ST生物被膜、氧化应激和毒力中的调控机制提供了研究基础。

鼠伤寒沙门菌sRNA GcvB和伴侣蛋白Hfq对Ⅲ型分泌系统相关基因的调控

细菌的Ⅲ型分泌系统(T3SS)与毒力密切相关。为探究鼠伤寒沙门菌sRNA GcvB和伴侣蛋白Hfq对T3SS相关基因spaP、invC、invG、prgH、prgI、prgJ、prgK的调控,利用Red同源重组技术构建了上述基因与lacZ的融合菌株,在此基础上利用P22噬菌体转导技术分别构建上述融合菌株与gcvB、hfq的单缺失菌株,通过qPCR和β-半乳糖苷酶试验分别检测gcvB、hfq缺失后各基因的转录水平和蛋白水平的变化。结果显示:与标准菌株相比,gcvB缺失后,spaP、invC、prgH、prgI、invG的转录水平和蛋白水平均上调;prgJ、prgK的转录水平上调,蛋白水平下调。hfq缺失后,spaP、invC、prgH、prgI、invG的转录水平和蛋白水平均上调,prgH、prgI、prgJ、prgK的蛋白水平下调。表明Hfq和GcvB均可对spaP、invC、invG、prgH、prgI、prgJ、prgK进行调控。上述结果可为鼠伤寒沙门菌sRNA GcvB和Hfq的作用机理研究提供参考。

敲除小RNA gcvB后沙门菌的转录组分析

为筛选与沙门菌小RNA gcvB相关的靶基因,采用高通量的转录组测序(RNA-seq)技术对野生型沙门菌和敲除小RNA gcvB沙门菌的mRNA进行对比分析,全面地预测GcvB的靶基因的数量与种类,通过GO和KEGG数据库对筛选基因进行比对注释,进一步分析筛选基因的主要功能及涉及的生物过程。并利用荧光定量PCR对部分差异表达基因进行验证。结果显示:差异表达基因共1 244个,其中基因表达上调678个,基因表达下调566个。GO富集分析显示,差异表达基因主要涉及氧化还原活性、铁离子结合、运动活性等分子功能,细菌鞭毛的细胞成分,细胞呼吸、钴胺素代谢过程和钴胺素生物合成过程等生物过程。KEGG数据库分析显示,差异表达基因主要参与细菌趋化性、卟啉和叶绿素代谢、不同环境中的微生物代谢、双组分系统、甲烷代谢等14个信号通路。对筛选出的10个差异表达基因进行荧光定量PCR验证,结果显示:差异表达基因相对表达量与RNA-seq测序结果基本一致。本研究为进一步探明小RNA gcvB与靶基因相互作用、小RNA的调控机制,以及沙门菌致病机制奠定了基础。

STM LT2 Hfq与sRNA GcvB对靶基因OppA的调控作用

运用λ-Red同源重组酶和FLP重组酶系统,构建了STM OppA::lacZ基因融合菌株,并通过P22噬菌体转导技术构建了相应的GcvB和Hfq基因缺失菌株,qRT-PCR和β-半乳糖苷酶试验分别检测了重组菌株oppA基因转录和蛋白水平。结果显示,与对照组相比,敲除GcvB基因使oppA基因转录和蛋白水平分别上调了4.4和5.4倍;敲除Hfq基因使oppA基因转录和蛋白水平分别上调了6.5和6.0倍;同时敲除GcvB和Hfq基因,oppA基因转录和蛋白水平分别上调了6.8和8.3倍。结果表明,Hfq存在独立于GcvB对OppA mRNA冗余的负调控作用。该结果为进一步研究Hfq与OppA mRNA的作用机制提供了理论依据。

沙门菌中GcvB sRNA可调控aphA mRNA

aphA编码B类酸性磷酸酶,本研究旨在将沙门菌中aphA以lacZ进行替换,获得△aphA::lacZ,从而了解GcvB sRNA对aphA mRNA的调控作用。通过使用λred同源重组、FLP/FRT重组系统、电转导等技术构建相应缺失菌株,并进行β-半乳糖核苷酸酶活实验与qPCR鉴定相应表达量变化。在qPCR实验中,相较于缺失wt、GcvB及其R1、R2、R3后,△aphA::lacZ的aphA相对转录量下降;而在β-半乳糖核苷酸酶活实验中,相较于△aphA::lacZ,缺失GcvB后变化并不明显,而缺失R1、R2、R3后,β-半乳糖苷酶酶活均有上升,分别为244.47%、230.67%、305.06%。以上结果表明,GcvB sRNA对aphA mRNA具有一定的调控作用。

沙门菌sRNA GcvB及伴侣蛋白Hfq对靶基因stm4351的调控作用

为探究sRNA GcvB与伴侣蛋白Hfq对靶基因stm4351的调控作用,通过λred同源重组、FLP/FRT重组和转导构建了基因缺失菌株Δstm4351∷lacZ、stm4351ΔgcvB∷cat、stm4351Δhfq∷tetRA、stm4351Δhfq∷tetRAΔgcvB∷cat,并通过β-半乳糖苷酶(LacZ)试验和荧光定量PCR试验测定了gcvB与hfq缺失后LacZ活性和stm4351转录水平的变化情况.β-半乳糖苷酶试验结果显示:gcvB或hfq缺失菌株的LacZ活性均升高,表明stm4351基因的蛋白表达水平升高;hfq缺失菌株的LacZ活性高于gcvB缺失菌株;hfq和gcvB同时缺失后,LacZ活性比单缺失菌株高.荧光定量PCR结果显示:hfq缺失后,stm4351的转录量极显著下降;而gcvB缺失及hfq和gcvB同时缺失对stm4351转录量的影响不显著.以上结果说明:GcvB、Hfq均对stm4351的表达存在抑制作用;在Hfq的辅助作用下,GcvB对stm4351表达的抑制作用增强;Hfq协同GcvB对stm4351的调控途径可能有2种或更多;同时,Hfq对stm4351的保护或激活作用可能受到GcvB的影响.

鼠伤寒沙门菌小RNA GcvB靶基因的预测与验证

为筛选鼠伤寒沙门菌小RNA GcvB调控的靶基因,本研究通过TargetRNA2软件预测能与GcvB R1、R2和R3区产生作用的基因,将鼠伤寒沙门菌gcvB基因敲除株的转录组测序结果注释到KEGG数据库以及GO富集分析,并利用荧光定量PCR对预测的靶基因进行验证。TargetRNA2的预测结果显示,杂交能量最高的narY、yeaK、trpB和STM2732基因均能够和小RNA GcvB产生至少7个连续的碱基互补,narY、yeaK和trpB基因分别与鼠伤寒沙门菌无氧呼吸、脯氨酸与tRNA的识别以及色氨酸的合成相关。荧光定量PCR检测结果显示,narY、yeaK、trpB和STM2732基因在gcvB基因敲除条件下转录水平分别上调3.4、9.8、12.1和18.37倍。以上结果表明,narY、yeaK、trpB和STM2732基因受小RNA GcvB的负调控且可能为直接负调控。本研究为进一步探明小RNA GcvB与靶基因相互作用、小RNA的调控机制以及沙门菌致病机制奠定了基础。

鼠伤寒沙门菌伴侣蛋白Hfq与小RNA GcvB结合位点的初步分析

旨在探究Hfq与GcvB可能的作用结合位点,本研究首先筛查GcvB中Hfq结合偏好型富U基序。通过λ-Red同源重组酶系统构建GcvB富U基序突变或截短菌株,构建GcvB终止子茎延伸菌株。运用P22噬菌体转导技术构建相应的hfq基因缺失菌株以及oppA::lacZ基因融合菌株。通过qRT-PCR检测重组菌株的gcvB基因转录水平,β-半乳糖苷酶试验检测oppA基因编码蛋白水平。预测结果显示,GcvB存在2个Hfq结合偏好型富U基序U_(5)和U_(8)。qRT-PCR结果显示,U_(5)基序的突变未造成gcvB基因转录水平明显的变化,而gcvB基因转录水平随U_(8)基序的截短而下调,截短为U_(5)和U_(4)时下调最为明显,分别下调40.5%和37.5%。延伸U_(4)截短菌株的GcvB终止子茎,结果发现,gcvB基因转录水平几乎恢复到了对照组的水平,同时也发现,尽管U_(4)截短菌株gcvB基因转录水平得以恢复,却丧失了Hfq协同GcvB转录后负调控oppA mRNA的能力。以上结果表明,U_(5)基序与Hfq维持GcvB稳定性无明显关联。U_(8)基序对Hfq协助GcvB转录后负调控oppA mRNA以及维持GcvB稳定性是重要的,推测其为Hfq与GcvB的作用结合位点。

鼠伤寒沙门氏菌STM LT2 Hfq关键作用位点的分析

为探究伴侣蛋白Hfq与GcvB及其靶基因oppA可能存在的关键作用位点,本研究通过λ-Red同源重组技术构建Hfq远端面和近端面核心氨基酸的突变菌株及Hfq C-端截短菌株,在此基础上构建相应的Hfq-His6标签蛋白标签融合菌株。运用P22噬菌体转导技术构建相应的GcvB基因缺失菌株以及oppA::lacZ基因融合菌株。通过Western blotting试验检测Hfq蛋白水平,实时荧光定量PCR检测GcvB和oppA基因转录水平,β-半乳糖苷酶试验检测oppA蛋白水平。Western blotting结果显示,Hfq远端面和近端面核心氨基酸的突变及Hfq C-端的截短均不同程度地上调了Hfq蛋白水平。实时荧光定量PCR结果显示,与对照组相比,Hfq近端面核心氨基酸的突变使GcvB基因转录水平下调。β-半乳糖苷酶试验结果显示,与对照组相比,Hfq远端面和近端面核心氨基酸的突变及Hfq C-端的截短均未造成oppA基因转录水平的明显变化,但均不同程度地上调了oppA蛋白水平,其中Hfq近端面核心氨基酸突变及Hfq C-端分别截短至第65和72位氨基酸时oppA蛋白水平上调最为明显,分别上调了2.9、3.3和2.0倍。以上结果表明,Hfq近端面对于Hfq维持GcvB稳定性非常重要,Hfq近端面第56位氨基酸及Hfq C-端第65-87位氨基酸与oppA蛋白水平呈负相关。