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产酶溶杆菌(Lysobacter enzymogenes)OH11是由本实验室从辣椒根际土壤中分离得到的一种新型生防菌,属溶杆菌属(Lysobacter)、黄单胞科(Xanthomonadaceae)。该菌GC含量较高,有滑行现象,能产生多种胞外酶,包括几丁质酶、蛋白酶、纤维素酶、β-1,3-葡聚糖酶,此外,产酶溶杆菌可以产生许多重要的此生代谢产物,来抑制或者杀死病原物来发挥其生防作用,因此,产酶溶杆菌对许多植物病原真菌、卵菌具有很好的拮抗活性。本研究旨在明确产酶溶杆菌OH11是否存在DSF(diffusible signalfactor)型群体感应现象,以及DSF型群体感应如何发挥其作用的,与其他黄单胞科细菌rpfF基因功能的异同。
利用NCBI数据库中的黄单胞科细菌的基因组信息,结合同源比对的方法,首次在产酶溶杆菌OH11中发现了与DSF合成相关的rpf(regulation of pathogenicity factors)基因簇。序列和结果分析表明,产酶溶杆菌OH11的rpf基因与黄单胞细菌rpf因簇具有较高的同源性和相似的保守区域,这一结果表明产酶溶杆菌OH11可能与其他黄单胞细菌具有相同的功能,为了明确产酶溶杆菌rpf基因簇的功能,我们对其中两个重要的基因rpfF和rpfG进行了定向敲除。
在黄单胞科细菌中,DSF型QS系统具有重要的生物学功能,如:可以调控病菌在寄主上的致病性,病菌致病因子(如胞外酶和胞外多糖)的产生、生物膜形成、游动性等重要性状。产酶溶杆菌(Lysobacter enzymogenes)在分类地位上与植物黄单胞菌(Xanthomonas spp.)均属于黄单胞科(Xanthomonadaceae),但该菌为一种生防细菌,不具有致病性。在rpf基因簇中,rpfF基因主要负责DSF信号分子的合成,在rpf基因簇中发挥着重要的作用。将产酶溶杆菌OH11的rpfF基因导入到Xcc△rpfF中,结果发现rpfFLys基因可以恢复Xcc由于rpfF基因突变引起的蛋白酶活性下降和DSF产量下降的情况。这一结果表明,rpfFLys与其他黄单胞科细菌一样,是一个功能性的基因。为了深入了解产酶溶杆菌中rpfF的功能,对其进行了敲除和互补。与野生型相比,rpfF基因的突变降低产酶溶杆菌重要抗真菌物质——热稳定抗菌因子HSAF的产量和对腐霉的拮抗活性,高效液相色谱和荧光定量PCR与HSAF活性检测和腐霉拮抗结果相吻合;降低了WAP的产量,从而降低了对马铃薯环腐病的拮抗。除此之外,对野生型和rpfF突变体进行了基因芯片实验。基因芯片结果表明rpfF基因缺失会影响337个基因的表达。然而,rpfF的突变不改变产酶溶杆菌4种胞外抗菌水解酶的活性。有趣的是,rpfF突变导致产酶溶杆菌菌落表面干燥,但滑行能力提高。
在黄单胞科细菌中存在着rpfC/rpfG组成的双组份系统,用于植物黄单胞菌群体感应信号分子DSF的感知和传递。其中,rpfG负责DSF在胞内传递,具有调控黄单胞菌致病性的功能。为探索rpfG在产酶溶杆菌中功能,我们以OH11为研究对象,通过同源比对,在OH11基因组中鉴定出rpfG的同源基因,命名为rpfGLys。利用同源重组技术,对rpfG基因进行了定向敲除,获得了rpfG的缺失突变株。与野生型相比,rpfG基因的突变降低产酶溶杆菌重要抗菌物质——热稳定抗菌因子HSAF的产量和对腐霉的拮抗活性。荧光定量PCR显示在rpfG突变株中负责生物合成HSAF的关键基因PKS/NRPS显著下调,与HSAF活性检测结果相吻合。然而,rpfG的突变不改变产酶溶杆菌4种胞外抗菌水解酶的活性。另外,rpfG突变导致产酶溶杆菌菌落表面干燥,但滑行能力提高。