信号分子AI-2合成关键基因luxS对嗜盐喜盐芽孢杆菌盐适应性的影响

【背景】群体感应信号分子AI-2是由S-核糖基高半胱氨酸裂解酶(S-ribosylhomocysteinase,LuxS)和S-腺苷高半胱氨酸核苷酶(S-adenosylhomocysteine nucleosidase,Pfs,也被称为MtnN)催化S-腺苷高半胱氨酸(S-adenosylhomocysteine,SAH)生成的4,5-二羟基-2,3-戊二酮(4,5-dihydroxy-2,3-pentanedione,DPD)自发环化形成,在细菌中广泛参与调节多种重要的生理过程,如趋化、生物发光、生物膜形成等;然而该信号分子对嗜盐喜盐芽孢杆菌盐适应性的影响尚未报道。【目的】对嗜盐喜盐芽孢杆菌(Halobacillus halophilus)群体感应信号分子AI-2进行体外合成并揭示AI-2对嗜盐喜盐芽孢杆菌盐适应性的影响。【方法】以嗜盐喜盐芽孢杆菌为研究对象,首先通过实时定量PCR分析luxS转录水平与盐浓度之间的联系;之后对LuxS、MtnN-1、MtnN-2、MtnN-3进行多序列比对分析寻找其关键氨基酸位点并通过异源表达纯化4种蛋白进行AI-2的体外合成;最后使用同源重组方法敲除luxS并通过盐胁迫、胞内相容性溶质含量检测、生物膜形成检测等试验研究luxS对嗜盐喜盐芽孢杆菌盐适应性的影响。【结果】实时定量分析表明嗜盐喜盐芽孢杆菌中luxS的转录水平随盐浓度上升而上调,而且受到Cl离子浓度的正向调控。生长曲线结合生物发光试验表明随着嗜盐喜盐芽孢杆菌的生长,培养液上清中AI-2活性在15 h达到最大,此外随着盐浓度的提高,其AI-2活性也会增强。体外酶促反应试验表明LuxS能够与MtnN-1或MtnN-2共同催化合成AI-2。利用同源重组技术成功构建了嗜盐喜盐芽孢杆菌luxS缺失突变体,在低盐条件下(0.5 mol/L NaCl)野生型、luxS缺失突变体和互补菌株的生长曲线无明显差异,而在高盐条件下(3.5 mol/L NaCl)luxS突变体的生长较为缓慢,互补菌株则能够恢复到与野生型相似的生长状况。此外,luxS的缺失会导致嗜盐喜盐芽孢杆菌在高盐条件下的盐胁迫存活率、胞内相容性溶质含量以及生物膜形成能力的下降,而互补菌株则可以恢复到接近野生型的水平。【结论】嗜盐喜盐芽孢杆菌能够合成信号分子AI-2,其luxS受到Cl离子浓度的正向调控并对其盐适应性具有重要的调控作用,为进一步研究嗜盐喜盐芽孢杆菌的盐适应性调节机制提供基础。