沙门氏菌sRNA RybB及伴侣蛋白Hfq对孔蛋白OmpW表达的调控作用

为探究sRNA RybB和伴侣蛋白Hfq对沙门氏菌孔蛋白OmpW表达的调控作用,研究利用λred同源重组系统构建ompW基因lacZ融合菌株,再通过P22噬菌体转导技术构建颜色指示菌株中rybB和hfq相关基因的单缺失株、双缺失株,通过β-半乳糖苷酶活性试验和qPCR分析,确定sRNA RybB及伴侣蛋白Hfq对孔蛋白OmpW表达的调控作用。结果显示:成功构建了颜色指示菌株ΔompW∶∶LacZ和相对应的基因缺失菌株;与标准株LT2相比,ΔhfqY25A、ΔhfqK56A、Δhfq65、Δhfq87基因使ompW蛋白表达水平极显著下调(P<0.01),具有正调控作用,而Δhfq72、Δhfq∶∶tet、ΔrybB、ΔrybBΔhfq∶∶tet基因使ompW蛋白表达水平极显著上调(P<0.01),具有负调控作用;与标准株LT2相比,缺失hfq定点突变和rybB对ompW基因具有负调控作用。研究表明,沙门氏菌伴侣蛋白Hfq及RybB对孔蛋白ompW基因的蛋白表达水平和转录水平产生不同程度的影响,初步阐明了伴侣蛋白Hfq、sRNA RybB和靶基因三者的内在关系,为沙门氏菌减毒活疫苗与新型抗菌药物研制的研究奠定基础。

沙门菌伴侣蛋白Hfq及RybB对外膜蛋白相关基因fadL、ompN、ybfM的作用

为了解RybB sRNA、RNA伴侣蛋白Hfq对沙门菌外膜蛋白fadL、ybfM、ompN的作用,利用λ-red同源重组系统构建fadL、ybfM、ompN基因lac融合菌株,通过P22噬菌体转导完成颜色指示菌株中RybB、hfq基因的单缺失与双缺失,进行β-半乳糖苷酶活性试验和qPCR,对其相应表达量进行分析.结果表明,Hfq抑制ybfM、ompN的表达,但fadL的表达上调;RybB sRNA抑制ompN、fadL的表达,但ybfM的表达上调.当Hfq与RybB共同对ybfM、fadL、ompN进行调控时,对ompN、ybfM的表达具有抑制作用,但fadL的表达上调,且Hfq的调控作用总体大于RybB.

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。

鼠伤寒沙门菌伴侣蛋白Hfq调控基因的筛选

为筛选鼠伤寒沙门菌伴侣蛋白Hfq所调控的基因,本实验基于本研究室前期对指数生长期和稳定期的鼠伤寒沙门菌hfq基因缺失株转录组测序结果,从中随机挑选6个在转录水平差异表达的基因,并通过荧光定量PCR技术验证转录组数据的可靠性,然后在转录组数据可靠的前提下将两个转录组中所有显著差异表达(log2FoldChang>1)的基因GO富集细菌致病机制生物学过程,Pathway富集细菌ABC转运通路和群体感应通路,在富集得到的基因中筛选指数生长期和稳定期均表现为转录水平差异表达且趋势相同的基因。荧光定量PCR检测结果显示,6个基因转录水平差异上调或下调的趋势与转录组分析结果中一致,表明转录组数据可靠,可进行后续的研究。GO与Pathway富集结果显示,在鼠伤寒沙门氏菌hfq基因缺失株指数期和稳定期中均表现为转录水平差异上调或下调且差异倍数均大于2的基因共26个。其中,与细菌致病机制生物学过程相关的13个基因均上调;与细菌ABC转运通路相关的基因11个,其中9个基因转录水平均上调2个基因转录水平均下调;与细菌群体感应相关的2个基因转录水平均上调。26个基因中仅rpoE经验证受Hfq直接调控。以上结果表明,Hfq主要参与细菌致病机制生物学过程以及细菌ABC转运通路的负调控。本研究为后续Hfq靶基因的鉴定及其作用机理的研究提供了理论基础,同时丰富了Hfq调控基因的数目。

sRNA伴侣蛋白Hfq敲除条件下沙门菌的转录组分析

为探明沙门菌(Salmonella)在sRNA伴侣蛋白Hfq敲除条件下转录组变化情况。本试验采用HiSeq测序平台对沙门菌LT2菌株及其Hfq敲除株进行高通量测序,通过DESeq2差异分析方法筛选敲除sRNA伴侣蛋白Hfq条件下的差异表达基因,对其进行生物信息学GO功能显著性富集分析和Pathway显著性富集分析。结果显示,对照组和试验组分别得到12 753 534条、8 254 308条Clean Reads。通过DESeq2差异分析获得差异基因1 055个,其中表达上调基因516个,表达下调基因539个。GO功能显著性富集分析表明显著差异表达基因主要富集在钴胺素代谢过程、钴胺素生物合成过程、碳水化合物代谢过程等生物过程中。Pathway显著性富集分析表明显著差异表达基因富集到细菌趋化性、丙酸代谢和碳代谢等11个信号通路中。结果表明,本试验应用RNA-seq技术丰富了sRNA伴侣蛋白Hfq调控基因数量,筛选出20个受伴侣蛋白Hfq调控的显著差异表达基因,其中4个基因功能及编码蛋白未知,注释了差异表达基因的生物学功能及信号通路,推断Hfq在细菌对数期主要通过影响营养提供和趋化性等途径,继而影响细菌的正常生理活动,为Hfq协同sRNA的调控机理研究及sRNA靶基因的筛选奠定了基础。

肠炎沙门菌外膜蛋白OmpD原核表达、纯化及多克隆抗体的制备

为探究肠炎沙门菌伴侣蛋白Hfq对nmpC的调控机理及其基因编码产物OmpD在致病过程中参与的生物学功能,采用PCR方法扩增肠炎沙门菌外膜蛋白OmpD基因nmpC,并将其克隆至原核表达载体pColdTM TF,构建重组表达载体pColdTM TF-nmpC。将其转化受体菌E.coli BL21(DE3)感受态细胞,经IPTG诱导和Ni-NTA亲和层析获得高纯度的融合蛋白OmpD。用纯化的融合蛋白免疫BALB/c小鼠,获得鼠源抗OmpD抗体。结果显示,经酶切、测序和Western blot鉴定分析,本研究成功构建并表达肠炎沙门菌外膜蛋白OmpD,经纯化后免疫BALB/c小鼠,获得特异性的鼠源OmpD多克隆抗体,为进一步探究肠炎沙门菌外膜蛋白OmpD在致病过程中参与的生物学功能奠定基础。

基于转录组测序筛选鼠伤寒沙门菌hfq基因缺失菌的差异表达基因

旨在鼠伤寒沙门菌hfq基因缺失株转录组测序中分析适应环境变化及细菌分泌通路,筛选相关基因。通过使用实时荧光定量PCR对鼠伤寒沙门菌hfq基因缺失株转录组测序结果进行验证,从而对鼠伤寒沙门菌hfq基因缺失株的细菌趋化性通路、细菌双组分通路、细菌分泌通路进行深入分析,筛选相关的重要调控基因。结果显示:在细菌趋化性通路中筛选出yiaD、STM 3138、STM 3216和malE等4个共表达基因;在细菌分泌通路中筛选出spaP、invA、prgH、invE、spaS、invG和ssaV等7个共表达基因;在细菌双组分通路中筛选出ybfM、htrA、pagO、STM 3138、STM 3031、ttrB、hilD、pstS、STM 1530、hilA、pgtC、hydH、pocR、STM 3216、ttrR和fljB等16个共表达基因。在鼠伤寒沙门菌hfq基因缺失株的趋化性通路、细菌双组分通路、细菌分泌通路中筛选出差异表达基因,hfq能够对这些基因进行调控,从而影响如运动性、毒力等相关作用,为沙门菌中的sRNA与hfq后续研究及沙门菌的防治奠定一定基础。

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。

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。

鼠伤寒沙门氏菌LT2 Hfq与fadL、ompN、ybfM mRNA 5′UTR结合位点的预测与验证分析

通过5′RACE技术分析fadL、ompN、ybfM mRNA的5′UTR,并筛查fadL、ompN、ybfM mRNA 5′UTR中Hfq结合偏好型基序(ARN)n.利用λ-Red同源重组酶和FLP重组酶系统构建fadL、ompN、ybfM基因(ARN)n基序缺失基础上的lacZ基因融合菌株,运用P22噬菌体转导技术构建相应的hfq基因缺失菌株,通过β-半乳糖苷酶试验检测重组菌株的蛋白水平.结果显示,fadL中筛选出ARN-1(AAAAAA)、ARN-2(AAAAATAAT),其缺失降低了fadL的蛋白表达量,分别降低72%、56%;ompN中筛选出ARN-1(GTTTTT)、ARN-2(TCTTTT)、ARN-4(TTTGCT),其缺失提高了ompN的蛋白表达量,分别提高了1.29、1.30、1.07倍,ARN-3(ATTATT)缺失使ompN的蛋白表达量降低了10%;ybfM中筛选出ARN-1(AAGAGG)、ARN-2(AGCAAT)、ARN-3(AGTAAA)、ARN-4(AAAAATAGT)、ARN-5(AACAGAAAG),其缺失均增加了ybfM蛋白水平变化,分别为4.20、3.99、10.90、227.00、46.00倍.结果表明,ybfM、ompN、fadL中(ARN)n位点不同缺失能导致ybfM、ompN、fadL表达水平出现上调或下调,部分(ARN)n序列缺失可影响Hfq对相应靶基因蛋白水平调控作用.

牛种布鲁菌sRNA的预测与鉴定

为了对牛种布鲁菌2308株基因组中的sRNA进行预测和鉴定,提取牛种布鲁菌2308株的总RNA,进行RNA-Seq高通量测序,基于测序结果采用sRNA-Detect算法进行sRNA的预测,并采用反转录PCR对sRNA进行验证。结果显示,共预测筛选出3523条候选的sRNA,采用反转录PCR验证出14个sRNA可以表达,其中13个sRNA的正常表达与Hfq伴侣蛋白密切相关。本研究在牛种布鲁菌中预测出3523条sRNA,Hfq蛋白可以调控部分sRNA的正常表达。