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在大肠杆菌脂肪酸合成代谢中,fabG基因编码3-酮脂酰酰基载体蛋白(ACP)还原酶(FabG)。FabG有效地催化3-酮脂酰ACP的还原,其活性对于E.coli的脂肪酸合成极为重要。在筛选以脂肪酸合成系统中的关键酶为靶位点的抗菌药物时,FabG得到越来越多的关注。因此对脂肪酸合成体系中的3一酮脂酰ACP还原酶的研究不仅能够完善脂肪酸合成系统,对以FabG为靶位点的抗菌药物的研发也具有指导意义。
茄科雷尔氏菌的脂肪酸合成属于II型脂肪酸合成体系。生物信息学研究表明青枯菌中存在多个3-酮脂酰ACP脱水酶的同源序列,其中rsfabG1与大肠杆菌fabG的相似性达到64%,而rsfabG2与大肠杆菌fabG的相似性达到43%。三者均属于短碳链脱氢酶家族(SDR)成员,且活性位点保守。
本研究围绕青枯菌脂肪酸的代谢,分别从体内基因互补和体外酶活性检测这两个方面进行初步探索,研究rsfabG1和rsfabG2两个基因编码的蛋白在脂肪酸合成中的功能及其赋予菌株的特性。
本研究构建了rsfabG1和rsfabG2两个基因的pET28b系列载体和pBAD24M系列载体。将pBAD24M系列质粒载体分别转化大肠杆菌fabC温度敏感突变株CL 104,进行遗传互补分析,结果显示rsfabG1基因和rsfabG2基因能互补大肠杆菌fabG温敏突变株CL104。初步证明青枯菌的RsFabG1和RsFabG2具有3-酮脂酰ACP还原酶活性,可能参与青枯菌的脂肪酸合成代谢。
为了进一步研究rsfabG1和rsfabG2基因的功能,将pET28b系列载体转化大肠杆菌BL21菌株,表达并分离纯化了RsFabG1和RsFabG2两种酶蛋白。首先对两种酶蛋白的酶活力进行分析,以EAA为底物,添加相应的辅因子,在A340nm条件下测定单位时间内NADPH的吸光值变化,结果表明在同等条件下,RsFabG1的活性大于RsFabG2的活性。利用脂肪酸体外合成反应体系,检测两个蛋白的酶活性,结果表明RsFabG1和RsFabG2均能在体外条件下催化3-酮脂酰ACP的还原。
将rsfabG1和rsfabG2基因的活性中心分别进行单个位点的突变,突变后的rsfabG1基因仍然能互补大肠杆菌fabG温敏突变株CL104,而rsfabG2突变基因不能互补CL104。在体外脂肪酸合成反应体系检测RsFabG1和RsFabG2突变体蛋白的酶活性,发现RsFabG1突变体蛋白仍然具有3-酮脂酰ACP还原酶活性,而RsFabG2突变体蛋白酶活性微弱,甚至丧失了活性。
为进一步在青枯菌体内鉴定rsfabG1和rsfabG2基因在脂肪酸合成中的功能,利用同源重组的方式成功将rsfabG2基因敲除,而rsfabG1敲除失败,但可以用大肠杆菌的fabG(Ts)互补rsfabG1,从而构建了一系列的青枯菌突变株。对突变菌株进行了表型分析,发现各突变菌株都能和野生型GMI1000青枯菌一样正常生长。随后进行了气质联用(GC-MS)测定了各突变菌株的脂肪酸组成,实验数据表明这些突变菌株与野生型相比,各主要脂肪酸组分没有显著性差异,证实了RsFabG2对青枯菌脂肪酸组分的组成没有明显的影响,而rsfabG1敲除可能会致死,用ecfabG(Ts)可以代替其在青枯菌脂肪酸合成中的功能。