聚腺苷酸化酶参与吲哚在成团泛菌YS19中的信号调控通路

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为适应环境,细菌进化出多种信号调控机制,其中吲哚介导的信号调控是近年来备受关注的一种。吲哚信号调控可以涉及种内和种间,影响菌体的细胞聚集等诸多重要生理行为,但其调节机制尚属未知。细胞聚集是菌体生存适应性的典型体现,其形成机制是目前细菌学的研究热点。因此获得吲哚调控通路的关键蛋白,对于认识吲哚的调控机制和菌体聚集体结构的形成机制具有重要意义。本研究选择能形成共质体这一独特菌体聚集结构的植物内生菌成团泛菌YS19为研究对象,利用Tn5转座子插入突变技术构建突变文库,从中筛选得到了一株受吲哚信号负调控的阳性突变子,报告基因的表达被下调32.6%。利用热不对称交错PCR技术鉴定突变基因为聚腺苷酸化酶基因pcnB,其序列全长1332bp,系统发育学分析显示该基因在成团泛菌种内高度保守。利用RT-PCR技术检测发现,吲哚信号显著抑制了该基因的表达。当pcnB突变时,菌株的多种生理行为都发生了变化。在LB培养基中,pcnB的突变并未影响菌株在指数期的生长,但加快了菌体稳定后期的衰亡速度,36h时菌体生物量较野生株下降了24.6%。同时,突变株培养至稳定期后期(40h)时共质体结构的形成受到显著影响,成团率和成团平均大小仅为野生株的19.6%和37.9%。可见,虽然聚腺苷酸化酶并不是菌体保持正常生长所必需的蛋白,但其在菌体的抗胁迫(营养不足)生长和共质体的形成过程中发挥重要的调控作用。运动性作为与细菌聚集密切相关的生理行为在pcnB突变时也受到抑制,在添加1mM吲哚时,与野生株相比,突变株的泳动性和丛动性分别被抑制了29.5%和11.1%。为了进一步探索其在吲哚信号调控通路中的调节机制,本研究测定了与细菌吲哚信号调控和聚集行为密切相关的碳存储因子(CsrA)的表达与聚腺苷酸化酶表达之关系。发现吲哚显著抑制csrA的表达,在菌体培养至12h时表达量较比对照组下降了74.8%。当pcnB基因突变时,csrA的转录也被抑制,尤其在稳定期极为显著,40h时其表达量仅为野生株的41.3%,但pcnB的突变并没有影响吲哚对csrA的调节作用,吲哚可能与聚腺苷酸化酶通过独立的通路作用于csrA或吲哚通过包括聚腺苷酸化酶在内的多调通路实现对csrA的调控作用,但具体是前者还是后者仍需进一步研究。利用SDS-PAGE技术检测了野生株和突变株的全细胞蛋白表达情况,结果显示突变株中有一大小约30kD左右的蛋白的表达量被上调。为了研究pcnB基因表达对菌株与水稻共生体系的影响,在EPA培养基上悉生培养水稻幼苗21d后,接种野生株和突变株的水稻整株鲜重分别增加了36.1%和20.1%,即pcnB突变减弱了菌体的促生能力。吲哚信号可增强菌体对植株地上部分的促生效果,当添加吲哚时,野生株侵染组和突变株侵染组水稻的地上部分鲜重分别增加了27.2%和21.6%。同时,pcnB突变也显著抑制了菌体的定殖能力,突变株的定殖量较比野生株下降了16.6%。但不论突变该基因突变与否,吲哚对菌体的定殖能力都有增强效果,添加吲哚后,突变株和野生株的定殖量分别增加34.7%和25%。本研究从RNA转录后修饰的角度探讨了吲哚信号调控通路,获得了吲哚调控通路的作用模式,同时丰富了对细胞内聚腺苷酸化调节及生物学功能的的认识。
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