不同来源的苏云金芽孢杆菌aiiA基因表达及其抗病性分析

苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis,Bt)aiiA基因所编码的AiiA蛋白是一种内酯酶,可以降解N-乙酰高丝氨酸内酯(N-acyl-homoserine lactones,AHLs),从而减弱致病菌产生的危害.本研究克隆了6株不同来源的苏云金芽孢杆菌aiiA基因,并对来自于苔藓(LLB15)和土壤(LLS9)的BtaiiA基因进行了生物信息学分析.结果表明,AiiA-B15分子量为27.97×103,等电点为4.59;AiiA-S9分子量为28.14×103,等电点为4.32,两者都是亲水性蛋白.AiiA蛋白具有很高的保守性,AiiA-B15和AiiA-S9同源性为90%.进化树结果表明,AiiA-B15与Bacillus thuringiensis subsp.kyushuensis进化距离最近,AiiA-S9与Bacillus cereus进化距离最近.将aiiA-B15基因克隆到pGEX-4T-3表达载体中,构建重组质粒pGEXaiiA-B15,IPTG诱导后可大量表达融合蛋白.对表达的条件进行优化.结果表明,0.6mmol/LIPTG,30℃下诱导3h为最佳诱导条件.致病性检测表明,该融合蛋白对胡萝卜欧文氏软腐病菌具有较强的抗病作用.

AiiA蛋白的可溶性表达及其抗菌活性研究

AHLs是革兰氏阴性细菌在增殖过程中产生的一类信号分子,与其致病性密切相关。AiiA蛋白作为一种胞内解酯酶。能水解致病菌产生的AHLs分子,使内酯环开环后不能再激活某些胞外酶的表达,从而极大地减弱了细菌的致病性。本研究从苏云金芽孢杆菌LLB15中分离编码aiiA基因的质粒DNA,用PCR方法克隆AiiA基因,并利用pET载体构建6-His融合表达质粒pET29a-aiiA,转化E.coli BL21(DE3)菌株,并筛选得到E.coli BL21(DE3)-pET29a-aiiA工程菌。在20℃的低温和0.8 mmol/L IPTG条件下,经25 h的诱导表达,获得了54.4μg/mL可溶性AiiA蛋白。通过镍柱亲和层析,在国内外首次纯化了带6-His标记的AiiA蛋白。水解活性和抗病性检测表明。该蛋白能水解AHLs分子。对胡萝卜欧文氏软腐病菌具有较强的抗病作用。

含苏云金芽孢杆菌aiiA基因的重组荧光假单胞菌的构建及对软腐病的抗病活性

aiiA基因编码的AiiA蛋白能降解细菌群体感应系统中的信号分子N_酰基高丝氨酸内酯AHLs,从而减弱致病菌对植物的危害。本文将aiiA基因转入到植物根际促生细菌荧光假单胞菌P303中,构建成防治植物细菌和真菌病害的工程菌P303-ss10。通过PCR和RT-PCR鉴定,均获得0.8 kb的目的片断,表明aiiA基因已经导入P303中。室内平板抑菌试验表明,该工程菌保留了出发菌株对多种植物病原真菌的抑制作用;室内离体试验表明该工程菌对马铃薯软腐病和大白菜软腐病都有一定的抑制作用。

aiiA基因在植物软腐病研究中的应用进展

N-酰基高丝氨酸内酯(N-acyl-homoserine lactones,AHLs)是一类广泛存在于许多革兰氏阴性细菌群体感应系统中的信号分子,又称作自体诱导物(Autoinducer,AI)。aiiA基因编码的AiiA蛋白能降解细菌产生的AHLs信号分子,干扰该信号分子参与细菌群体感应的调控过程,抑制多种植物病原菌致病基因的诱导表达,从而减轻或消除病原菌的致病性。本文介绍了aiiA基因、AiiA蛋白的研究情况,以及aiiA基因在抗软腐病工程菌和转基因植物研究上的应用现状,并提出了提高植物抗软腐病的研究方向。

苏云金芽胞杆菌中aiiA基因密码子偏好性分析

aiiA基因指导表达的AiiA蛋白是一类能水解细菌群体感应信号分子内酯键的内酯酶。本研究使用CodonW、CUSP和CHIPS等相关程序对苏云金芽胞杆菌中aiiA基因的密码子使用情况进行分析,比较了aiiA基因与大肠杆菌、苏云金芽胞杆菌、枯草芽胞杆菌以及毕赤酵母的密码子偏好性。结果表明,aiiA基因偏好使用以A、T结尾的密码子;aiiA基因的密码子用法与大肠杆菌、苏云金芽胞杆菌、枯草芽胞杆菌和毕赤酵母的基因组密码子用法都有不同程度的偏好差异,其中与毕赤酵母的密码子用法差异最大;比较了aiiA基因分别以苏云金芽胞杆菌、大肠杆菌、枯草芽胞杆菌及毕赤酵母为宿主时密码子使用频率,发现都含有不同程度的低频密码子聚集现象,如果要在上述几种表达系统中实现aiiA基因的高效表达则需对aiiA基因的部分密码子进行优化改造。

苏云金芽孢杆菌aiiA基因的克隆与结构分析

分别克隆了叶片、苔藓和土壤中分离的Bacillus thuringiensis的aiiA基因,并对其编码的蛋白AiiA-P28、AiiA-B19和AiiA-S2进行了理化特征分析、进化树分析和空间结构的研究.结果表明AiiA-P28、AiiA-B19和AiiA-S2分子质量均为28 ku;等电点分别为4.77、4.77、4.93;三者均为亲水性蛋白,具有很高的同源性.进化树分析结果表明叶片中分离的AiiA-P28与苔藓中分离的AiiA-B19进化距离较近,而土壤中分离的AiiA-S2则与它们的进化距离较远.三维结构分析表明,AiiA蛋白具有典型的αβ/βα折叠的空间结构.

含P43启动子aiiA基因重组枯草芽孢杆菌的构建与表达

细菌群体可以通过响应N-酰基高丝氨酸内酯(N-acyl-homoserine lactones, AHLs)激活某些致病基因的表达,而芽胞杆菌可以表达AiiA(Autoinducer inactivation)蛋白降解病原菌的AHLs从而减低损害。为构建外源高效表达AiiA蛋白的工程菌,利用AiiA蛋白降解AHLs分子来防治细菌性植物病害,通过搭桥PCR扩增P43-aiiA联合片段,连接pHY300PLK载体,构建P43-aiiA-C11枯草芽孢杆菌菌株,验证其AiiA酶活。结果成功克隆得到P43-aiiA片段,经鉴定P43-aiiA-pHY300PLK成功转入C11菌株,通过AiiA活性检测,野生菌株组指示菌全部变蓝,3个平行实验组的蓝色指示菌至条状培养基中间变浅,至下端全部为白色菌落,说明实验所构建的P43-aiiA-C11菌株具有高于野生型C11菌株的淬灭酶活性,能明显降解信号分子。与野生型菌株相比,构建菌株P43-aiiA-C11表达产物具有显著降解AHLs的能力,研究结果为推动植物病害防治提供了重要理论基础。

苏云金芽胞杆菌抗软腐病aiiA基因转花魔芋研究

采用农杆菌介导的遗传转化方法,将来自苏云金芽胞杆菌经密码子优化的人工合成酰基高丝氨酸环内酯酶aiiA基因导入花魔芋,以提高魔芋抗软腐病的能力。以花魔芋的茎为外植体,通过与含有植物双元表达载体pU1301的农杆菌EHA105共培养,将aiiA基因导入魔芋基因组。经过潮霉素两次筛选,得到9块独立的抗性愈伤组织,经分化,生根,移入温室盆栽成活的抗性再生苗34株。对不同抗性愈伤来源的T0代再生苗进行PCR检测得到的阳性植株比例为62.7%,斑点杂交进一步确认外源aiiA基因已成功地整合到魔芋基因组中。Western杂交显示,aiiA基因在魔芋植株中能正常表达,其最高表达量占魔芋叶片总可溶蛋白的0.02%～0.06%。酰基高丝氨酸环内酯酶活性检测表明转基因魔芋叶片的蛋白可以降解酰基高丝氨酸环内酯信号分子。

表达aiiA基因多黏芽胞杆菌工程菌构建与功能分析

AiiA蛋白能够专一性地水解革兰氏阴性菌分泌的信号分子,从而抑制其致病基因的表达,减弱致病性。根据NCBI上公布的蜡状芽胞杆菌ATCC14579的aiiA序列设计引物,从苏云金芽胞杆菌Bacillus thuringiensis NBIN-861中扩增得到aiiA基因(GenBank登录号:MG704113),全长基因约750 bp。将aiiA基因插入大肠杆菌表达载体pET-28a和芽胞杆菌表达载体pBMB1A中,构建重组表达载体pETaiiA和pBMaiiA,pETaiiA转化大肠杆菌BL21(DE3),pBMaiiA转化多黏类芽胞杆菌NR1,获得重组工程菌BLaiiA和BPaiiA。SDS-PAGE和蛋白质谱鉴定表明AiiA蛋白均成功表达,利用指示菌紫色杆菌CV026检测发现目的蛋白具有水解N-酰基高丝氨酸内酯活性。其中纯化的AiiA蛋白(1.13 mg/mL)和重组菌BPaiiA浓缩的发酵上清液中的AiiA蛋白活性较高(透明圈直径分别为16和18 mm),马铃薯致病性试验和抑菌试验结果表明该蛋白对胡萝卜欧文氏菌具有一定的抗病活性,但不具有抑菌活性。多黏芽胞杆菌NR1和重组菌BPaiiA发酵产生的抑菌物质含量均为1.2%～1.3%,具有良好的抑菌效果。本研究为构建更有效的生物防治菌株奠定了理论基础。

利用aiiA基因筛选抗烟草青枯病生防菌株及其鉴定

为了有效筛选出对作物青枯病具有防治效果的生防细菌,本研究采用群体感应淬灭基因aiiA的简并引物进行PCR扩增与室内盆栽防治效果测定相结合的方法进行生防细菌的筛选,并通过传统的细菌学鉴定方法和分子生物学手段明确其分类地位。结果表明,从253株生防菌株中获得了12株含有aiiA基因的生防菌株;进一步盆钵防效测定,获得了一株对烟草青枯病具有较好防治效果的生防菌株B15。该菌株接种处理后,烟草青枯病可推迟2 d发生,在接种处理14 d后其对烟草青枯病防治效果为68.33%。B15菌株在NA平板培养基上菌落呈圆形、白色、表面有光泽且粗糙,菌体杆状,革兰氏染色阳性,耐盐性为7%;生理生化测定、16S rDNA和gyrB基因序列分析表明,菌株B15为蜡样芽胞杆菌(Bacillus cereus)。本研究获得的含有群体感应淬灭基因aiiA的蜡样芽胞杆菌B15菌株,为作物青枯病生物防治提供了新的生防菌株资源。

具群体感应抑制作用短小芽孢杆菌F3-1菌株的诱变育种

【目的】获得群体感应(QS)信号分子降解能力更强的突变短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus),增强其在水产细菌性病害防治中的效果,为水产养殖业利用细菌QS淬灭机制防治细菌性疾病提供借鉴。【方法】以具有降解QS信号分子特性的短小芽孢杆菌F3-1为出发菌株、紫外线和亚硝酸钠(Na NO2)为诱变剂进行诱变选育;以紫色杆菌(Chromobacteria violaceum ATCC12472)为报告菌株筛选正向突变,经连续传代25代后测定其遗传稳定性;采用单因素试验测定培养时间、p H、盐度和温度对突变菌株降解QS信号分子能力的影响,同时通过扩增QS抑制基因aii A及SDS-PAGE分析验证突变菌株的蛋白表达情况。【结果】两种诱变方法共获得205株突变菌株,以紫色杆菌为报告菌株通过紫外诱变筛选出具有QS抑制作用的正向突变株4株,编号分别为FF1-2、FF3-2、FF3-3和FF4-1。其中,突变菌株FF1-2的蛋白产量达47.48±2.87μg/m L,约是出发菌株F3-1的3.12倍,对紫色杆菌的褪色圈直径是出发菌株F3-1的2.96倍,抑制紫色素的能力较出发菌株F3-1提高64%,说明该突变菌株具有很强的QS抑制能力;连续传代25代后,突变菌株FF1-2的产蛋白能力及对紫色素的抑制作用无显著变化(P>0.05)。突变菌株FF1-2在培养时间为40 h、温度30℃、盐度0.5%、p H 7.0时,紫色素褪色效果最佳。从出发菌株F3-1和突变菌株FF1-2中均能扩增获得753 bp的aii A基因,且通过SDS-PAGE分析验证二者在28 k D处均呈现出特异条带。【结论】采用诱变育种技术筛选得到的突变菌株FF1-2能显著提高QS抑制能力,且该抑制能力能稳定遗传,即通过诱变育种技术提高短小芽孢杆菌的产酶量及酶活力具有可行性。

aiiA基因表达载体的构建及其在毕赤酵母中的表达

构建携带N-酰基高丝氨酸内酯酶基因(aiiA)的重组毕赤酵母表达载体pPIC3.5K-aiiA,采用电转化方法转入毕赤酵母GS115,经营养缺陷型培养基、表型鉴定和高G418浓度筛选获得高拷贝表达盒的酵母转化子,用0.5%甲醇诱导表达,RT-PCR鉴定可检测到重组酵母中编码目的基因成熟肽的mRNA,SDS-PAGE和Western blot检测结果表明,aiiA基因在毕赤酵母中成功表达,用指示菌紫色杆菌CV026检测发现目的蛋白具有降解N-酰基高丝氨酸内酯的活性。

海洋微生物ZD02信号降解酶基因aiiA克隆及其生物信息学分析

根据细菌群体感应信号降解酶(AiiA)基因设计简并引物,从海洋微生物ZD02基因组中扩增编码AiiA的基因aiiA,筛选其阳性克隆,测序后分析其基因序列。结果表明:筛选到的阳性克隆ZD02-aiiA序列全长753bp(Genbank登录号:KC756214),存在一个开放阅读框(ORF),编码由250个氨基酸残基组成的多肽,预测分子量为28.1kDa,蛋白等电点为4.78。由该序列推导得到的氨基酸残基序列含有一个保守结构域(Lactamase-B)(34AA～235AA),并预测了AiiA的三级结构。以上研究为该序列的重组表达及其相关活性研究奠定了基础。

海洋微生物信号降解酶基因aiiA克隆与表达载体的构建

根据已知的微生物信号降解酶基因aiiA的序列设计、合成特异性引物探针,以从海洋分离的微生物ZD02的基因组为模板,PCR扩增编码蛋白aiiA信号降解酶的基因aiiA序列,产物经PCR验证后用于构建克隆载体pMD18-ZD02aiiA,并以此克隆载体为模板,以带酶切位点的引物扩增基因,经BamHI和EcoRI双酶切后将其插入表达载体pET-17b,构建原核表达质粒pET-ZD02aiiA。经酶切、PCR鉴定及序列测定等,结果表明:克隆基因已正确插入到载体的多克隆位点,序列和读码框正确,为海洋微生物ZD02信号降解酶基因的体外重组和诱导表达研究打下基础。

重组枯草芽孢杆菌诱导表达AiiA及酶活性鉴定

[目的]由于AiiA(Autoinducer inactivation,AiiA)蛋白能有效降解AHLs(N-acyl-homoserine,AHLs),导致病原菌由于群体淬灭(Quornm quenching,QQ)失去生存优势而抑制其致病能力;利用强启动子构建能高效表达AiiA蛋白的枯草芽孢杆菌,检验枯草芽孢杆菌中Pspac启动子表达AiiA蛋白的能力,寻求有效生物防治手段防治病原菌侵害。[方法]通过已知的aiiA基因序列和启动子Pspac序列设计引物,经搭桥PCR搭连启动子Pspac和aiiA基因,构建重组表达载体Pspac-aiiA-PHY300PLK,经酶活反应确定重组菌活性。[结果]成功克隆并搭连Pspac启动子和aiiA基因,AiiA蛋白成功在重组枯草芽孢杆菌C11中表达。经酶活检验,野生菌株和重组菌株Pspac-aiiA-C11有降解信号分子AHLs的能力,但重组菌降解能力更强。[结论]重组菌Pspac-aiiA-C11较野生菌株有更强的降解AHLs效力;要利用工程菌进行生物防治还需进一步提高工程菌表达AiiA蛋白的能力及稳定性。

抗软腐病基因在花魔芋块茎组织中特异表达的研究

本研究利用PCR技术从马铃薯块茎基因组DNA中克隆块茎特异性启动子patatin,并从苏云金芽孢杆菌218中克隆aii A(高丝氨酸环内酯酶)基因,构建含aii A基因的抗软腐病植物表达载体p BI121-patatinaii A。并利用农杆菌介导法将aii A基因导入花魔芋,以研究aii A基因在魔芋块茎组织中的特异表达。结果表明,转化植株经GUS染色,仅在球茎部位出现蓝色斑点,经PCR检测,RT-PCR及Southern杂交检测证实aii A基因已整合到花魔芋基因组,初步表明aii A基因可在魔芋球茎内特异性表达。本研究对今后魔芋通过分子遗传工程改良软腐病抗性具有一定的应用价值。

基于细菌群感效应人工构建分子开关

对生物体内已有的或者人工组装的生物合成途径进行优化操作涉及两个重要问题:代谢途径中关键酶的活性及蛋白表达水平。对于酶表达水平的研究,传统的做法是采用强启动子控制下的靶蛋白过量表达策略。靶蛋白的过量表达通常会导致细胞内积累大量的无活性包涵体,从而严重影响细胞的生理状态和相关生物途径的有效运转。针对这一问题,设计一种分子开关来精确调控生物合成过程中关键酶的表达水平,对于研究生物合成途径的代谢节律以及促进生物合成途径高效运转都具有重要的实用价值。基于细菌群落中普遍存在群感效应的基本原理并结合酶促催化的动力学特征,首先在大肠杆菌群落中建立信号分子高丝氨酸内酯(AHL)介导的细胞–细胞交流机制,将靶基因egfp置入到启动子PluxI的控制之下。在细胞生长过程中,产生的AHL累积到一定浓度启动靶基因表达。通过在细胞生长的不同阶段启动AHL降解酶AiiA的表达控制环境中信号分子AHL的浓度水平,从而控制靶基因egfp的转录效率,最终实现对靶蛋白EGFP表达水平的精确控制。通过检测细胞的生长状态、靶基因在mRNA水平、蛋白质水平的表达情况证明人工设计的分子开关可以便捷高效地控制靶基因表达水平,具有时空调节的严谨性。该分子开关有望广泛应用于代谢工程和合成生物学等研究领域中。