十字花科黑腐病菌hrpG基因原核表达

在十字花科黑腐病菌(Xcc)中,hrp基因对寄主的致病性和非寄主的超敏反应中起核心作用,而hrpG对整个hrp基因簇起调控作用。HrpG为OmpR家族的双组分系统感受调控蛋白,含有两个结构域,分别是N端Response_reg和C端Trans reg_C。本研究利用表达载体pQE-30Xa,成功构建了HrpG的表达重组子,在E.coliM15[pREP4]中进行诱导表达。通过调节诱导温度、IPTG浓度和诱导时间最终确定在温度为20℃,IPTG浓度为0.8mmol/L,诱导表达4h。hrpG基因在宿主细胞E.coli M15获得高效可溶性表达。目前尚未有可溶性HrpG蛋白获得成功表达的报导,本研究中获得HrpG蛋白在大肠杆菌获得大量可溶性的表达,将为in vitro研究HrpG的生理活性,特异的结合位点和调控功能研究打下良好基础。

大肠杆菌转录后调控蛋白CsrA的C末端具有抑制十字花科黑腐病菌胞外蛋白酶活性的功能

CsrA(在有些细菌例如十字花科黒腐病菌中也称为RsmA,统称CsrA/RsmA)是一类在细菌中广泛分布而且氨基酸序列非常保守的RNA结合蛋白。研究表明,CsrA/RsmA作为转录后全局调控因子参与了包括细胞碳代谢、次生代谢、运动性、生物被膜形成以及动植物病原菌的致病过程等许多细胞过程的调控。CsrA/RsmA在不同的细菌中的生物学功能各有异同。在大肠杆菌中,CsrA的主要功能是控制细胞的碳代谢、运动性和生物被膜形成;而在十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pathovar campestris,Xcc)中,CsrA的同源蛋白RsmA的主要功能除了控制碳代谢、运动性和生物被膜形成外,还控制致病性和胞外酶的产生。大肠杆菌的CsrA(CsrAE.coli)是否具有XccRsmA(RsmAXcc)的功能?为了回答这个问题,我们用大肠杆菌的csrA基因(csrAE.coli)互补Xcc的rsmA基因(rsmAXcc)的缺失突变体DM2506。结果显示,csrAE.coli能够互补DM2506的所有表型,说明CsrAE.coli具有RsmAXcc的全部功能。更重要的是,我们发现,无论是rsmAXcc突变体还是野生型菌株,导入表达CsrAE.coli的质粒后均导致其致胞外蛋白酶活性的严重下降,证明CsrAE.coli具有抑制Xcc胞外蛋白酶活性的作用。进一步的实验证实,CsrAE.coli的C末端第53～61位氨基酸残基具有抑制Xcc胞外蛋白酶活性的功能。

十字花科黑腐病菌中转录调控因子HpaR1调控一个纤维素酶基因的表达

十字花科黑腐病菌(Xcc8004)中的一个转录调控因子XC_2736(HpaR1)在致病过程中具有重要的作用。前期研究发现该转录调控因子可能调控胞外纤维素酶的合成。为了解HpaR1对纤维素酶的转录调控机理,本研究对HpaR1进行原核表达纯化,并与488bp的包含XC_0639的启动子区DNA片段进行凝胶电泳迁移率试验,发现HpaR1与XC_0639启动子可以发生结合。将488bp的XC_0639的启动子DNA片段与报告基因gus融合,构建XC_0639的报告质粒pGUS0639r,分别导入野生型8004菌株和缺失突变体DM2736中,分析发现在突变体背景下GUS的表达水平比野生型背景明显降低。表明HpaR1正调控XC_0639的表达。构建XC_0639的极性整合突变体PK0639,检测发现PK0639几乎丧失胞外纤维素酶的活力;通过功能反式互补构建的互补菌株CPK0639可以恢复纤维素酶活性。研究结果表明HpaR1通过调控纤维素酶基因XC_0639的表达来调控细胞的纤维素酶活性。本研究为更深入地了解HpaR1如何调控细菌生理生化功能奠定了基础。

十字花科黑腐病菌RNA提取与质量鉴定

十字花科黑腐病菌,学名野油菜黄单胞菌野油菜致病变种(Xanthomonas campestris pv. campestris,简称Xcc),是一类γ-变形菌纲的革兰氏阴性细菌,能在世界范围内侵染十字花科植物,给农业生产造成重大损失。RNA是分子生物学的主要研究对象之一,提取高质量的RNA是研究十字花科黑腐病菌基因表达调控机理的基础。由于Xcc能产生大量胞外多糖及黄单胞色素,且细菌RNA半衰期较短,目前尚缺少一种大量提取Xcc高质量RNA的有效方法。该研究在参考多种RNA提取方法的基础上,建立了一种简单、有效的适合十字花科黑腐病菌RNA的提取方法。得到的RNA样品经过紫外分光光度法和甲醛变性凝胶电泳检测,证实为完整、均一的总RNA,达到了表达谱分析及cDNA文库构建的要求。

十字花科黑腐病菌中假定糖基水解酶基因与致病力相关研究

【目的】已报道的十字花科黑腐病菌Xcc 8004菌株基因组中XC1077被注释编码一个假定糖基水解酶,初步研究XC1077基因的致病性,为深入研究Xcc 8004中的糖基水解酶在植物病原菌侵染及定殖过程中的作用奠定基础。【方法】通过同源单交换构建XC1077整合突变体NK1077,用带有全长XC1077基因序列的p LAFRJ质粒对NK1077进行功能互补并检测致病性。【结果】PCR及酶切验证表明整合突变体NK1077和互补菌株C1077构建成功。在MMX基本培养基上,NK1077及C1077的生长情况与Xcc 8004一致。致病性试验结果表明,NK1077在满身红萝卜的致病性下降到Xcc 8004的48.3%,过敏反应(HR)检测结果表明NK1077在辣椒ECW-10R上产生的HR反应明显滞后,而互补菌致病力及过敏反应能恢复至野生型水平。【结论】XC1077基因在Xcc 8004中是一个与致病相关的基因。

3种接种方法对十字花科黑腐病菌Xcc8004菌株在拟南芥Col-0上致病力的影响

十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pathovar campestris,Xcc)是引起十字花科植物黑腐病的病原菌,也是研究寄主与病原微生物相互作用分子机理的模式菌之一。Xcc可以感染白菜、萝卜和甘蓝等十字花科农作物,也可以感染重要的模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)。由于拟南芥的全基因组测序已经完成,因此,拟南芥是研究寄主植物对Xcc浸染的防卫反应的分子机理的最理想的寄主材料。但是,到现在为止,一套完善的在拟南芥上进行Xcc致病检测的实验系统还没有建立。为此,本研究比较了"叶片压渗法"、"剪叶法"和"叶片中脉穿刺法"这3种常用的病原细菌接种方法对Xcc的实验室菌株8004(以下简称Xcc8004)在哥伦比亚生态型拟南芥(A.thanliana ecoype Colombia0,Col-0)上的致病力的影响。结果发现,在拟南芥Col-0叶片上用"叶片压渗法"接种Xcc8004可以引起明显致病症状,而用"剪叶法"和"叶片中脉穿刺法"接种均不能引起病症。这一结果说明,不同的接种方法的对Xcc在拟南芥上的致病力有很大的影响。因此,要在拟南芥Col-0上进行Xcc8004的致病力检测,本研究建议采用"叶片压渗法"而不用"剪叶法"和"叶片中脉穿刺法"。此外,本研究还建立了一套简易的拟南芥试验用苗的栽培方法。

利用双向电泳构建十字花科黑腐病菌HrcV控制的分泌蛋白质图谱

以十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc)8004菌株为研究材料,采用双向电泳-质谱技术鉴定Hrc V控制的分泌蛋白质组。结果表明,野生型和突变体菌株均获得分辨率高且具有可重复性的双向电泳银染图谱,经过图像软件分析找出差异点61个,以野生型菌株为对照,22个蛋白点上调,39个蛋白点下调。挖取下调蛋白质点39个做质谱分析,质谱成功鉴定出25蛋白质,主要包括各种酶类、转运蛋白、延伸因子、Dna K蛋白、分子伴侣及假定蛋白。推测这些蛋白质可能在Xcc 8004的致病性中起到重要作用,为进一步研究Xcc的致病机理奠定基础。

一个新的体外快速鉴定十字花科黑腐病菌Ⅲ型效应物的报告质粒的构建

植物病原菌侵染寄主的过程就是病原菌和寄主植物相互作用的过程。在这个相互作用过程中,Ⅲ型分泌系统和Ⅲ效应物与病原菌致病密切相关。大部分革兰氏阴性植物病原菌通过Ⅲ型分泌系统定向的把效应物蛋白传递到宿主细胞,效应物蛋白进入植物体引起致病或过敏反应。本研究将百日咳杆菌的腺苷酸环化酶基因连接至含启动子的pLAFRJ载体上,从而构建出一个新的体外快速鉴定Ⅲ型效应物的报告质粒pJ-JA,并用已鉴定为Ⅲ型效应物基因的十字花科黑腐病菌XC1553的启动子和信号区验证该报告质粒,证明这个系统是可以工作的。该报告质粒为进一步精确筛选鉴定十字花科黑腐病菌Ⅲ型效应物提供了材料。

十字花科黑腐病菌编码RNA聚合酶ω亚基的基因(rpoZ_(Xcc))突变导致细胞生长减慢

ω(Omega)亚基是组成细菌RNA聚合酶(RNA polymerase,RNAP)核心酶的5个亚基(2α、β、β′andω)中最小的一个,也是5个亚基中唯一可以去除而不会导致细胞死亡的亚基。尽管ω亚基存在于所有细菌中并且序列非常保守,但迄今为止,人们对ω亚基的功能却知之甚少。基因组注释结果表明,十字花科黑腐病菌8004菌株(Xanthomonas campestris pv.campestris strain 8004,简称Xcc8004)基因组中存在一个编码ω亚基的基因rpoZXcc(ORF编号为XC0957)。为了研究Xcc RNA聚合酶ω亚基的功能,采用自杀质粒pK18mob整合突变方法,构建了rpoZXcc基因的非极性突变体NK0957。表型检测结果显示,NK0957在基本培养基MMX和丰富培养基NYG中的生长比野生型菌株Xcc8004的生长明显减慢,而且NK0957的生长缓慢表型能被rpoZXcc反式互补。这些结果说明,ω亚基在Xcc的生长过程中发挥重要作用。

十字花科黑腐病菌中转录因子HpaR1与Clp调控一个糖苷水解酶基因表达的分析

十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pv. campestris, Xcc)是一种维管束致病菌,能够引起寄主的黑腐病,是研究植物病原细菌与植物互作的一种重要模式菌株。在Xcc中,GntR家族的全局性转录调控因子HpaR1参与调控Xcc的运动、胞外多糖和胞外酶的合成等许多细胞过程,并与Xcc的过敏反应(hypersensitive response,HR)和致病相关;全局性转录调控因子Clp则参与调控胞外酶和胞外多糖的分泌与合成,并与黄单胞菌的致病相关。前期研究发现,Xcc中的转录调控因子HpaR1和Clp均能与糖苷水解酶(glycoside hydrolase)编码基因(命名为ghy基因)的启动子区结合。为探究转录调控因子HpaR1和Clp共同调控ghy基因表达的分子机理,本研究首先通过凝胶阻滞分析(electrophoresis mobility shift assay,EMSA)发现HpaR1和Clp在体外能够结合在ghy基因的启动子区;利用染色质免疫共沉淀(chromatin immunoprecipitation, ChIP)方法,进一步证实HpaR1和Clp在细胞内能够结合在ghy基因启动子区。通过5’-cDNA末端快速扩增(rapid amplication of 5’-cDNAends,5’-RACE)和DNase I保护实验(DNase I footprinting)确定HpaR1和Clp均结合在ghy基因启动子的–35区上游,并且HpaR1的结合位点位于Clp结合位点的上游。通过实时荧光定量PCR(real time fluorescence quantitative PCR,RT-qPCR)和体外转录的方法,发现HpaR1抑制ghy基因的转录,而Clp激活ghy基因的转录。当二者共同存在时,HpaR1能够抑制Clp对ghy基因的转录激活作用。HpaR1和Clp单独存在时,分别负调控和正调控ghy基因的转录,推测HpaR1尽管位于ghy基因启动子-35区上游,但可能通过抑制RNA聚合酶的活性来调控ghy基因的表达。

十字花科黑腐病菌全局转录后调控蛋白RsmA抑制胞外蛋白酶产生

胞外蛋白酶、胞外淀粉酶和胞外纤维素酶是十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc)的重要致病因子,它们的表达受到严格的调控。本实验室之前的研究发现,在Xcc8004菌株中,编码全局转录后调控蛋白RsmA的基因rsmA缺失导致胞外淀粉酶和胞外纤维素酶产量显著下降,但不影响胞外蛋白酶的产量。因此认为,RsmA正向调控胞外淀粉酶和胞外纤维素酶的产生,而不调控胞外蛋白酶的产生。为了进一步明确RsmA是否参与胞外蛋白酶的表达调控,本研究构建了rsmA的过量表达株OErsmA,检测了其胞外蛋白酶产量,并和带有空的过表达载体的野生型菌株(WT/pB)的胞外蛋白酶产量进行了比较。结果发现,OErsmA的胞外蛋白酶产量比WT/pB的显著下降,证明RsmA具有抑制胞外蛋白酶产生的功能。Northern杂交结果显示,主胞外蛋白酶基因prtA的mRNA积累量在OErsmA和WT/pB中没有明显差异。而凝胶阻滞实验(electrophoretic mobility shift assay,EMSA)结果显示,(His)6-RsmA能够与prtA mRNA的SD序列(shine-dalgarno sequence)区域特异结合,预示RsmA通过抑制prtA mRNA的翻译起始(而不是转录)来负调控prtA的表达,从而抑制胞外蛋白酶的产生。

十字花科黑腐病菌中一个与生长及Co^(2+)耐受性相关的小RNA的鉴定

细菌小RNA(small RNA, sRNA)又称非编码RNA (non-coding RNA, ncRNA),是一组长度为50~500 nt的RNA分子,通常不编码蛋白质,但具有独立的功能。sRNA作为转录后调节因子在细菌的各种生理过程中发挥重要的作用。尽管目前人们已经从各种细菌中鉴定了大量小RNA,但是大多数小RNA的功能还不清楚。本实验室之前在十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pv.capestris, Xcc) 8004菌株(简称Xcc 8004)中鉴定了612个小RNA,但绝大多数小RNA的功能仍然未知。本研究采用过表达的方法对小RNA(sRNA-Xcc132)的生物学功能进行鉴定。结果发现,与带有空载质粒的野生型菌株相比,sRNA-Xcc132的过表达菌株OE132在基本培养基中的生长速度明显加快而且对Co^(2+)的耐受力明显增强,说明sRNA-Xcc132与Xcc 8004的生长和Co^(2+)耐受性有关。

广西十字花科黑腐病菌致病性分化及遗传多样性分析

为了研究广西十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pv.campestris,XCC)的致病性差异和遗传多样性。本研究采用剪叶接种法对来自广西十字花科物种的24个菌株进行致病性分析,并利用细菌基因组的重复序列PCR(Rep-PCR)技术,对供试菌株的遗传多样性进行研究。结果表明:采用剪叶接种方法,供试菌株致病力均可划分为5种致病型,且与菌株的地理来源有一定的相关性;利用细菌基因组重复序列通用引物进行Rep-PCR扩增,在遗传距离为0.79时,供试菌株可被划分为5个遗传相似组,与染病作物无明显的关联性,而与同一地区的关系有相对明显的关联性,并由此得到这样的结论:侵染广西十字花科黑腐病菌存在明显的致病性分化和丰富的遗传多样性。

十字花科黑腐病菌Ⅲ型效应物基因avrAC_(Xcc8004)推测的启动子区

【目的】十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc),能侵染所有十字花科植物,引起黑腐病。Xcc通过III型分泌系统(Type III Secretion System,T3SS)将III型效应物(T3SS effector,T3SE)蛋白直接转运到植物细胞内,T3SEs对于病原菌致病性至关重要。许多已鉴定的T3SEs基因的启动子区都存在植物诱导启动子盒(Plant-inducible promoter,PIP-box)和-10 box,但PIP-box及-10 box与经典的启动子-10区及-35区之间的关系如何未见报道,-10 box的序列保守性如何也未见报道。本研究旨在对T3SE基因avrAC Xcc8004推测的启动子区进行研究。【方法】首先,通过5'RACE确定其转录起始位点,接着用Fusion PCR对-10 box TACGTT序列中倒数第二个碱基T进行点突变为A/C/G,即:TACGAT、TACGCT和TACGGT,构建GUS融合报告菌株,定量测定GUS酶活。【结果】5'RACE结果显示avrAC Xcc8004的转录起始位点为A,对比分析得到启动子的-35区位于PIP-box之后8 bp处,而-10区与-10 box重叠;avrAC Xcc8004启动子区的PIP-box和-35区、-10 box的整个模体为:TTCAC-N15-TTCGC-N8-TTGATG-N18-TACGTT。最后,GUS定量测定结果表明,突变为C时(TACGCT)的菌株的GUS酶活最高,突变为G时(TACGGT)的酶活增高最少。在ΔhrpX和ΔhrpG中的GUS酶活均比在Xcc 8004中有显著的降低。【结论】Xcc的T3SE基因PIP-box与-35区前后相衔,-10 box即-10区,-10 box对于avrAC Xcc8004的转录活性有较大的影响,-10 box突变前后avrAC Xcc8004均受HrpG和HrpX正向调控。

十字花科黑腐病菌一个新的Ⅲ型效应物XC3176的鉴定

【目的】在十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc)的致病因子中,III型分泌系统(Type III Secretion System,T3SS)是至关重要的致病系统,III型效应物通过III型分泌系统直接转运到寄主植物细胞内。本研究通过效应物水平转移的特征获得候选基因,旨在鉴定一个新的依赖于III型分泌的效应物。【方法】以缺失了N-端58个氨基酸的Avr Bs1作为报告系统构建效应物鉴定报告质粒p LJB3176,导入Δavr Bs1和Δhrc V,通过检测报告菌株在辣椒ECW-10R上的过敏反应来鉴定XC3176是否为III型效应物。构建XC3176融合GUS报告质粒p LGUS3176,导入野生菌株Xcc 8004、Δhrp G和Δhrp X,通过测定菌株GUS活性检测hrp G、hrp X对XC3176的调控作用。构建XC3176缺失突变体和互补菌株,通过剪叶法接种检测XC3176对Xcc 8004致病性的影响。【结果】XC3176融合Avr Bs1报告菌株在非寄主辣椒ECW-10R上能引发过敏反应,GUS活性检测显示Δhrp G/p LGUS3176、Δhrp X/p LGUS3176比8004/p LGUS3176的GUS酶活显著降低,致病性检测显示突变体Δ3176与野生型Xcc 8004相比在寄主满身红萝卜上的病斑长度有显著减少,互补菌株C3176的病斑长度能补回到野生型水平。【结论】XC3176是依赖于hrc V分泌的III型效应物,hrp G、hrp X正调控XC3176,XC3176与Xcc致病相关。

假定蛋白基因XC2038与十字花科黑腐病菌致病相关

十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc)是研究植物病原细菌和寄主互作的模式细菌,鉴定其致病相关基因对于控制作物病害有重要的意义。XC2038在Xcc 8004中注释为功能未知的假定蛋白基因。本研究利用实验室前期构建的XC2038基因的Tn5gus A5插入突变体164H09,并构建了该突变体的互补菌株C164H09,随后对各菌株的致病性及相关表型进行了检测。结果表明,164H09影响Xcc 8004胞外多糖、泳动性及生物被膜的形成,影响在寄主满身红萝卜上的致病性,而突变体的互补菌株能将以上表型恢复至野生型水平。综上可知,假定蛋白基因XC2038与十字花科黑腐病菌致病相关。

十字花科黑腐病菌中葡萄糖-6-磷酸脱氢酶的酶学分析

葡萄糖-6-磷酸脱氢酶是磷酸戊糖途径(HMP)的限速酶,在十字花科黑腐病菌8004的基因组中,有2个基因XC1977和XC4082被注释为葡萄糖-6-磷酸脱氢酶(G6PD)。前期工作发现XC1977突变后,细胞的胞外多糖产量明显降低,而XC4082突变不影响胞外多糖产量。为明确这两个基因的编码产物在Xcc中的生化功能,本工作表达纯化了这两个蛋白,并对这两个蛋白的特征进行分析,发现这两个蛋白均具有6-葡萄糖脱氢酶的活性,但是它们的最适反应温度、最适反应pH、金属离子和烷化剂的敏感性完全不同。而且,XC1977以NAD^+和NADP^+为电子受体,而XC4082只能以NADP^+为电子受体。在以NAD^+和NADP^+为受体时,XC1977的K_m值分别为0.125 mmol/L和0.927 mmol/L,而XC4082以NADP^+为受体时的K_m值为0.364 mmol/L。这表明Xcc细胞合成胞外多糖时,需要NAD^+参与能量代谢。

一个用于鉴定十字花科黑腐病菌Ⅲ型效应物分泌与转运的报告质粒的构建

通过免疫检测的方法鉴定十字花科黑腐病菌(Xcc)Ⅲ型效应物的分泌和转运,将cyaA基因克隆至带有3×FLAG的pJXG载体上,构建带有3×FLAG和cyaA基因的报告质粒pJAA,并用已鉴定为Ⅲ型效应物的XC_1553启动子区信号区验证该报告质粒。将pJAA1553三亲导入Xcc 8004*和8004*△hrcV,然后通过Western blotting免疫检测XC_1553的分泌,结果在8004*/pJAA1553的胞外蛋白中检测到了XC_1553的分泌,而在8004*△hrcV/pJAA1553的胞外蛋白中没有检测到XC_1553的分泌。通过免疫反应定量检测8004*/pJAA1553和8004*△hrcV/pJAA1553侵染后植物体内的cAMP含量,结果发现8004*/pJAA1553侵染后植物体内的cAMP含量比8004*△hrcV/pJAA1553侵染后植物体内的cAMP含量高15倍。结果表明,报告质粒pJAA能够应用于鉴定十字花科黑腐病菌的Ⅲ型效应物。

十字花科黑腐病菌IV型分泌系统的诱导表达与抗逆功能分析

细菌通过IV型分泌系统(Type IV Secretion System,T4SS)的接合系统、效应物转运系统和释放/吸收系统3个子家族进行DNA、蛋白质及毒素的分泌和转运。十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc)是一种重要的植物病原菌,也是研究植物病原细菌与植物相互作用机理的模式细菌之一。本研究通过检测Xcc 8004野生型菌株和T4SS突变体在不同条件下的生长、诱导情况及对过敏反应的影响发现:T4SS不影响在培养基中的生长,与野生型菌株相比,T4SS突变体在非寄主辣椒ECW-10R上的过敏反应减弱;T4SS相关基因受基本培养基MMX诱导表达,且与Ni2+、H2O2、Phenol等抗逆相关。推测T4SS相关基因在该病原菌的接触、识别阶段起作用。

十字花科黑腐病菌hrpW基因的功能鉴定

十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc)8004菌株基因组中XC_3023注释为Hrp W蛋白基因。本研究利用生物信息学和分子生物学技术,对hrp W基因进行功能鉴定。生物信息学分析发现Hrp W蛋白具有Harpin特征:含有果胶裂解酶结构域,为酸性蛋白,富含甘氨酸和丝氨酸。转录分析结果发现hrp W基因自身有一较弱的启动子,受MMX基本培养基诱导表达。共转录分析结果表明hrp W基因与上游hrp E、hpa B基因共同转录。Western blotting和转运分析结果显示,Hrp W蛋白受Ⅲ型分泌系统(typeⅢsecretion system,T3SS)依赖分泌,但不转运。植株试验结果发现纯化的Hrp W蛋白能在烟草上诱发过敏反应(hypersensitive reaction,HR)。这些结果揭示XC_3023编码蛋白Hrp W为Ⅲ型分泌系统分泌的Harpin蛋白。