“交叉融合”:“微生物天然产物化学”的跨界教育模式

“微生物天然产物化学”是一门理论结合实验和实践、跨学科应用性较强的课程。文章描述的一种创新的跨界教育模式,能够让学生跨越微生物学和有机化学药物化学等学科之间的界限,拓宽学科视野,培养综合素养,为未来的科学研究奠定坚实的基础。此跨界教育模式为培养复合型创新人才提供了新的思路和实践经验。

微生物群体感应系统的研究进展

群体感应系统是一种微生物细胞细胞之间的通讯机制,是近年来微生物学领域的重大发现之一。从观察到个别微生物种群与细胞密度相关的自我诱导现象开始,到明确群体感应是微生物界广泛存在的重要的细胞细胞之间的通讯调控系统和相关系列应用研究,其研究经历了偶然发现、范围扩大、理论升华和应用转化的过程。群体感应系统在微生物界普遍存在的证明,不仅为明确病原菌致病调控机理、阐明微生物生态竞争和动态平衡机制提供了一个全新的切入点,同时也为调控微生物生态体系和发展新的病害防控策略等奠定了坚实的基础。本文综述群体感应研究领域一些重要的和有代表性的发现,并讨论微生物群体感应系统研究的未来发展前景。

RND家族外排泵及其与微生物群体感应系统的相互关系

抗生素耐药性一直是细菌病害防治的难题,药物外排泵过量表达是细菌耐药性形成的重要机制之一。在革兰氏阴性细菌中,RND(Resistance-nodulation-cell division)家族外排泵在耐药性中发挥着重要作用,近年来的研究表明,依赖于小分子信号物质进行调控的群体感应系统与RND外排泵家族之间存在紧密的相互作用关系。本文在介绍RND家族外排泵的结构、转运机理和群体感应系统的类型及调控方式的基础上,剖析了群体感应系统对RND外排泵的调控机理以及RND外排泵对群体感应系统信号分子转运的影响。深入研究RND家族外排泵与群体感应系统之间的相互依赖、相互制约关系有利于阐明RND家族外排泵的调控机理,并有可能为克服微生物耐药性问题提供新的思路。

群体感应与微生物耐药性

微生物耐药性已成为全球关注的严重问题,其演化机制和调控机理也已成为研究热点。近年来的研究发现,一些微生物耐药性机制受到群体感应系统的调控。群体感应是一种在微生物界广泛存在并与菌体密度关联的细胞?细胞间的通讯系统。高密度的菌落群体能够产生足够数量的小分子信号,激活下游包括致病毒力和耐药性机制在内的多种细胞进程,耐受抗生素并且危害寄主。本文结合国内外最新的研究进展,对微生物群体感应系统的研究现状进行了概括性介绍,重点阐述了群体感应系统对微生物耐药性机制的调控作用,如微生物生物被膜形成和药物外排泵调控等方面的作用,并探讨了利用群体淬灭控制微生物耐药性的新策略。

铜绿假单胞菌单PilZ结构域蛋白PA0012和PA4324突变体生物学表型的初步筛选

目的 本研究以铜绿假单胞菌单PilZ结构域的环二鸟苷酸受体蛋白PA0012和PA4324为研究对象,研究这2个蛋白对生物学表型的影响。方法 本研究首先利用同源重组的方法对编码PA0012和PA4324蛋白的基因进行了敲除,得到敲除突变体菌株ΔPA0012和ΔPA4324。然后,将实验分为3组,以野生型菌株PAO1为对照,用这2个突变体进行了表型筛选,包括群集运动能力、感染生菜的能力、对线虫的致病力和蛋白酶活性等,采用单因素方差分析对各组间的差异进行统计分析。随后对这2个突变体和野生型菌株进行了RNA测序,分析2个单PilZ结构域蛋白突变导致的基因差异表达,在转录水平上综合分析2个蛋白对生物学表型的影响。结果 本研究发现这2个单PilZ结构域蛋白的突变均能导致铜绿假单胞菌的群集运动增强,感染生菜的能力减弱,对线虫的毒性和蛋白酶活性的影响则无显著变化。RNA测序结果表明,这2个蛋白突变均可导致铜绿假单胞菌中大量基因的差异表达,且有一些共同的差异基因。结论 铜绿假单胞菌的PA0012和PA4324突变均能增强其群集运动和减轻其对生菜的感染,为后续机制研究奠定了基础。

生物炭环境协同生防菌Bacillus amyloliquefaciens P4防控香芋软腐病的研究

为挖掘香芋软腐病的生物防治资源,探讨生物炭环境协同解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)对香芋软腐病病原菌(Dickeya fangzhongdai)的拮抗作用以及生物防治效果,利用平板对峙法从健康香芋植株中筛选出一株拮抗Dickeya fangzhongdai ZXC1的菌株P4并对其进行分类鉴定;采用竞争性培养的方法验证生防菌的拮抗效果;利用对峙平板法,根据抑菌圈大小明确生物炭是否能够促进生防菌分泌拮抗物质;利用计数统计法测定不同浓度的生物炭环境中致病菌及拮抗菌的数目变化;不同含量生物炭环境下进行盆栽试验,分析生物炭环境与生防菌作用下香芋软腐病病原菌种群数量变化,并统计香芋的发病情况。结果表明,P4菌株对香芋软腐病病原菌具有良好的抑制作用;适量生物炭能够加强生防菌对香芋软腐病的防治效果,并且能直接抑制病原菌致病;生物炭直接刺激生防菌增强其分泌拮抗物质的效果很微弱;生防菌与病原菌的数目随生物炭浓度的上升而增加。P4菌株可作为香芋软腐病的生防菌。加入适量的生物炭能够促进土壤中生防菌生长繁殖并使其占据良好的生态位,加强生防菌对香芋软腐病的生防效果,并且仅加入生物炭也能够抑制病原菌致病。

Biofilm与c-di-GMP专刊序言--微生物的社会性、c-di-GMP调控及研究新技术

生物被膜(Biofilm)是微生物生存的主要形式。它是一种或多种微生物通过胞外多糖、胞外DNA、蛋白质等组成的基质聚集在一起形成的细胞多聚体。生物被膜中的微生物细胞之间存在密切的信号通讯,并且表现出与浮游生活时完全不同的生理代谢特征,其发育过程受到环二鸟苷单磷酸(c-di-GMP)等细胞第二信使的控制。由于生物被膜在基础生命科学和医疗、工业、农业、环境治理等应用科学中的重要性,相关研究是微生物学领域的前沿之一。本期专刊从生物工程、研究技术、感染与免疫、环境生物学和植物病理学等角度,较系统地对生物被膜的形成机制、调控分子机理、理化特性和应用技术等进行了综述或研究,展示了我国在本领域的研究水平,同时也对本领域未来发展趋势进行了有益的讨论。

产肠毒素大肠杆菌对仔猪肠道黏膜屏障功能的影响及其损伤修复研究进展

完整的肠道黏膜结构是其功能实现的基础,也是畜禽健康生长的重要保障。产肠毒素大肠杆菌(ETEC)是引起仔猪腹泻的主要病原体之一。ETEC及其代谢产物可引起肠道上皮细胞代谢紊乱,破坏黏膜结构,导致功能失调,进而损害畜禽肠道健康。本文就ETEC对仔猪肠道黏膜屏障功能的影响及其损伤修复研究进展作一综述,旨在为养猪生产中预防和治疗仔猪细菌性腹泻提供参考。

蕹菜溃疡病菌分子检测方法的建立及田间监测

【目的】蕹菜是我国南方重要的经济作物,近年来随着蕹菜种植面积不断扩大,由穿孔黄单胞菌(Xanthomonas perforans)引起的蕹菜溃疡病日趋严重,对生产造成了巨大损失。建立高效快捷的蕹菜溃疡病菌检测技术,可为有效防控病害奠定基础。【方法】采用普通PCR检测技术,针对蕹菜溃疡病菌X. perforans基因组中特有序列TC2-1_002562(编码噬菌体终止酶大亚基家族蛋白)和TC2-1_002580(编码噬菌体家族蛋白)设计两对特异性检测引物,在同一个PCR体系中达到了快速检测蕹菜溃疡病菌的目的。【结果】建立的PCR检测方法可操作性强,对蕹菜溃疡病菌具有良好的特异性。利用特异性引物对来自广东多个地区的蕹菜植株、土壤和水体进行病原菌分子检测,发现第一批样本仅在5份来自东莞的蕹菜叶片上检测到病原菌,第二批样本分别在土壤、水体和植株上检测到病原菌。【结论】所建立的PCR检测方法能快速检测穿孔黄单胞菌,可用于对蕹菜溃疡病的早期诊断。该病在东莞、深圳等地呈普遍发生态势,田间检测结果表明,病害发展迅速,留种蕹菜种苗或种子很可能是该病的初侵染源,种植环境的水、土壤也是病害循环的重要环节,这对于今后进一步研究病害循环规律、制定针对性防控策略具有重要意义。

不同通风方式对蛋鸡粪膜堆肥膜外氨气排放的影响

为探究通风对蛋鸡粪膜堆肥的影响,试验以通风量或通风方式作为变量,用蛋鸡粪和木屑作为堆肥材料开展膜堆肥试验。试验设置通风量为0.05 m^(3)/min的堆体为管道通风组(CK组,底部管道通风模式),通风量为0.1 m^(3)/min的堆体为双倍通风组(T1组,底部管道通风模式),通风量为0.05 m^(3)/min的堆体为竖直通风组(T2组,竖直管道通风模式),探究不同通风方式对堆肥过程及膜外氨气产生的影响。结果显示:3种通风方式下堆体温度50℃均能持续7d以上,达无害化卫生标准;T2组在堆肥初期氨气排放量显著高于CK组(P<0.05),且较CK组升温较慢;三组种子发芽指数(GI)均大于80%。研究表明,竖直管道通风方式的蛋鸡粪膜堆肥在初期膜外氨气排放量相对更高,但对膜堆肥膜外氨气排放影响时间短,通风量为0.1 m^(3)/min的底部管道通风方式能促进好氧堆肥,有利于堆肥产品腐熟。

水稻基腐病菌拮抗菌解淀粉芽孢杆菌E3菌株的鉴定及抑菌活性

【目的】纯化和鉴定从柑橘根际土壤分离得到的可抑制水稻基腐病菌Dickeya zeae EC1生长的解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens,并解析其抑菌机制。【方法】采用平板扩散法从根际土壤中筛选出1株拮抗D.zeae EC1的B.amyloliquefaciens E3菌株;根据细菌菌落表型、生理生化特征结合16S rDNA序列分析等方法对E3菌株进行分类鉴定;检测无菌E3培养液对D.zeae EC1侵染水稻种子能力的影响;盐酸沉淀结合丙酮抽提法提取E3菌株脂肽粗提物;采用平板对峙法测定E3菌株脂肽粗提物对病原真菌的抑菌活性,琼脂扩散法测定E3菌株脂肽粗提物对病原细菌的抑菌活性及最小抑菌浓度(Minimum inhibitory concentration,MIC);用Durashell C18柱对脂肽粗提物进行HPLC分离纯化;通过液相色谱−质谱联用(LC-ESI-MS)分析,鉴定抑菌物质的相对分子质量并推测其化学组成。【结果】B.amyloliquefaciens E3菌株对茄病镰刀菌Fusarium solani、香蕉基腐病菌、茄科劳尔氏菌Ralstonia solanacearum等多种植物病原菌生长具有抑制作用,表现为广谱抗性;B.amyloliquefaciens E3菌株的无菌培养液能够抑制D.zeae EC1侵染萌发的水稻种子,显著提高水稻种子的萌芽率;B.amyloliquefaciens E3菌株的脂肽粗提物可以抑制D.zeae EC1的生长,其MIC为348.97μg/mL;HPLC分离纯化结合LC-ESI-MS分析发现,B.amyloliquefaciens E3菌株分泌的主要抑菌活性物质包括Surfactin、Fengycin和Iturin 3类脂肽类抗生素。【结论】B.amyloliquefaciens E3菌株具有作为生防菌的潜力,它可能通过分泌Surfactin、Fengycin和Iturin 3种脂肽类抑菌活性物质,拮抗水稻基腐病菌、茄科劳尔氏菌、茄病镰刀菌等多种植物病原菌。研究结果可为该菌的生物防治应用提供理论依据。

寄主诱导的基因沉默在丝状真菌中应用的最新研究进展

寄主诱导基因沉默(host induced gene silencing,HIGS)技术是基于RNAi而发展起来的新技术,它既可以从反向遗传学的方向鉴定植物病原真菌的基因功能,又可以通过在寄主植物中表达沉默病原物特定基因的HIGS载体,以达到控制病原菌扩展,提高作物抗病性的目的。因此HIGS在研究植物病原真菌的致病机理和作物的抗病育种中极具应用前景。HIGS技术从报道以来在植物保护领域得到了广泛的运用,其适用范围广,可以在多种病原真菌中进行应用,特别对于难培养和难以进行遗传转化的真菌。并可以在植物抗病育种中发挥更大空间,为病害的防治提供可靠的策略。本综述总结概括了HIGS技术的原理和它在植物病原丝状真菌研究的最新进展,为该技术在更多植物病原真菌的使用提供参考依据。

野油菜黄单胞菌BioC蛋白的生物信息学分析

野油菜黄单胞菌ATCC 33913基因组中Xcc0383、Xcc1678被标注丙二酸单酰-ACP甲基转移酶(BioC)编码基因,从KEGG数据库检索Xcc0383和Xcc1678的氨基酸序列,运用生物信息学在线分析软件对这2个基因编码的蛋白进行了理化性质、蛋白结构、亲水性、跨膜结构、信号肽、磷酸化位点及蛋白相互作用网络的预测分析。结果表明2个蛋白理化性质相近,但Xcc0383为亲水性蛋白,Xcc1678位疏水性蛋白。2个蛋白都具有甲基转移酶功能结构域,不存在跨膜结构域和信号肽,磷酸化位点和翻译后修饰位点的数量和位置类似。Xcc0383和Xcc1678二级结构中组成最多的是α-螺旋,分别占46.36%和51.69%,三级结构预测结果与二级结构一致。蛋白相互作用预测后发现,Xcc0383与BioH、BioF、BioA等负责生物素合成的蛋白关系最为密切,而Xcc1678与其毗邻的糖基转移酶关系密切。氨基酸序列同源比对显示Xcc0383与大肠杆菌(E.coli)的BioC相似性较高。Xcc0383编码蛋白负责在野油菜黄单胞菌体内合成生物素,而Xcc1678作为甲基转移酶负责为不同的受体分子提供甲基基团。

甘蔗鞭孢堆黑粉菌原生质体转化DNA双片段的基因敲除方法的建立

由甘蔗鞭孢堆黑粉菌Sporisoriumscitamineum引起的甘蔗黑穗病是甘蔗生产的主要病害,严重影响了甘蔗的产量和品质,然而其分子致病机制报道很少,极大地影响了有效防控技术的开发。为了提高该病菌基因功能的研究效率,本研究以甘蔗鞭孢堆黑粉菌有性配合两个关键基因SsGPA3和SsPRF1为目标,建立了基于DNA双片段的甘蔗鞭孢堆黑粉菌原生质体转化基因敲除技术体系。结果表明甘蔗鞭孢堆黑粉菌单倍体细胞生长期在OD600约为0.7,28℃下10mg/mL细胞壁裂解酶作用30min获得的原生质体产率最高,再生率最优;使用线性DNA双片段转化获得阳性转化子的成功率达90%以上,显著高于线性DNA单片段和质粒。本方法的建立将极大地提高甘蔗鞭孢堆黑粉菌的基因敲除效率,同时也为其他真菌的基因敲除提供借鉴。

甘蔗内生解淀粉芽孢杆菌CGB15的分离、鉴定及生防活性

真菌病害占作物病害种类的一半以上,病原真菌是目前已知种类最多的作物病原菌。从作物根际与/或体内分离筛选具有生防活性的微生物,并应用于病害的防控,是除作物品种改良与化学防治外的另一种高效的病害防控策略。【目的】本研究拟筛选并分离鉴定对重要作物病原真菌具有拮抗作用的甘蔗内生细菌,为开发生物防治作物真菌病害新策略提供理论依据。【方法】采用平板对峙法初步筛选对病原真菌具有拮抗能力的甘蔗叶片内生细菌,通过16S rRNA基因测序鉴定其种属;进一步检测候选拮抗内生细菌对甘蔗鞭孢堆黑粉菌(Sporisorium scitamineum)致病发育过程关键步骤:有性配合/菌丝生长、冬孢子萌发的抑制率,田间试验检测其对甘蔗鞭黑穗病的防治效果;检测候选拮抗内生细菌对稻梨孢菌(Pyricularia oryzae)附着胞形成、离体叶片及盆栽条件下叶片病斑形成的抑制作用。【结果】分离自甘蔗叶片的细菌菌株,编号为CGB15,经分子鉴定为解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)。CGB15菌株能有效抑制甘蔗鞭孢堆黑粉菌有性配合/菌丝生长,对峙培养条件下使真菌菌落呈现光滑;抑制冬孢子萌发,抑制率为(89.01±0.12)%。CGB15对甘蔗鞭黑穗病的田间相对防效达到48.65%。另一方面,CGB15发酵上清液显著抑制稻梨孢菌附着胞形成,抑制率为(93.55±1.11)%,且在离体叶片和盆栽水稻幼苗接种条件下均能抑制叶片病斑形成,推测CGB15能产生并分泌抑制稻梨孢菌细胞分化与致病性的活性物质。【结论】分离自甘蔗叶片的内生解淀粉芽孢杆菌CGB15对于甘蔗鞭黑穗病、稻瘟病的防控具有潜在应用价值。

核转运蛋白SsKapM涉及调控甘蔗鞭孢堆黑粉菌的菌丝生长

核转运蛋白是真核生物中负责大分子物质进出核孔的重要载体,承担着维持正常生命活动的任务。本研究通过序列同源比对鉴定了甘蔗鞭孢堆黑粉菌核转运蛋白编码基因,根据注释命名为SsKapM。使用同源重组方法对SsKapM进行敲除后,发现ΔSsKapM突变体担孢子的生长速率、适宜的生长温度、有性配合/菌丝生长等方面均发生改变。研究中还发现SsKapM缺失会导致双核菌丝体对高浓度磷酸盐敏感性下降。同时,通过转录组数据分析探究SsKapM的功能机制。结果表明SsKapM调控热激反应、磷酸盐信号与转运通路等基因的表达。这一发现将为甘蔗鞭孢堆黑粉菌的防治提供新的思路。