产电微生物G-四联体的识别、定位和功能分析

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产电微生物因具有产电能力而备受关注,胞外电子转移(Extracellular ElectronTransfer,EET)是其产电的关键。然而,目前对EET的了解还很有限,对EET过程中涉及的关键基因及其调控的认识还很少。  在生理条件下DNA除了典型的右手双螺旋结构,还存在一种特殊的G-四联体结构。研究发现G-四联体结构在端粒保护、DNA复制、基因重组,特别是基因表达调控过程中均发挥着至关重要的作用。因此,本研究将G-四联体用于对产电微生物的EET的研究,从新的角度阐述EET相关的重要基因及其表达调控,希望为阐明EET提供一定信息。  本文以地杆菌(Geobacter)和Shewanella oneidensis MR-1为研究对象,分析了产电微生物的G-四联体。主要研究结果如下:  (1)G-四联体的识别和定位。首先识别了Geobacter的9个菌株和S.oneidensis MR-1基因组中的G-四联体;然后研究Geobacter中G-四联体在转录调控区域的分布发现,在转录起始位点(Transcription Start Site,TSS)附近上游-15bp到下游+15bp区域内G-四联体的数量有明显的下降,而在TSS下游+15bp到+130bp区域内G-四联体的数量最多。这一结果证实了G-四联体不是随机分布在基因组内,而是与基因的表达调控相关。  (2)G.sulfurreducens PCA和S.oneidensis MR-1中G-四联体的功能。首先对硫还原地杆菌G.sulfurreducens PCA和S.oneidensis MR-1中G-四联体基因的功能进行研究,发现在G.sulfurreducens PCA和S.oneidensis MR-1中的G-四联体基因既有功能共性又有功能特异性。随后对特异功能的G-四联体基因进行分析,发现在G.sulfurreducens PCA中,可能与电子传递相关的二型分泌系统相关的22个基因有7个是G-四联体基因。又对其它分泌系统进行分析发现在G.sulfurreducens PCA与六型分泌系统相关的13个基因中有10个是G-四联体基因。在S.oneidensis MR-1中,编码电子传递链中蛋白复合体I(NADH脱氢酶复合体)的13个基因中有5个是G-四联体基因。结合基因表达数据分析G.sulfurreducens PCA和S.oneidensis MR-1中这些特殊功能的G-四联体基因,发现它们具有特殊的调控机制;最后研究G.sulfurreducens PCA和S.oneidensis MR-1中EET相关的G-四联体基因发现,在G.sulfurreducens PCA中和EET相关的G-四联体基因有15个,对其中基因上含有3个及以上G-四联体序列的基因omcH、ompB和omcO分析,发现这三个G-四联体基因对其EET有调控作用。在S.oneidensis MR-1并未发现对EET有调控作用的编码细胞色素c的G-四联体基因。  (3) Geobacter中G-四联体的进化关系。先对Geobacter中的G-四联体进行同源分析,发现G-四联体的保守性和物种进化距离有关,物种进化距离越近,G-四联体的保守性越强;然后对G.sulfurreducens PCA中和EET相关的G-四联体进行保守性分析,发现在G.sulfurreducens PCA中和EET相关的G-四联体有一定的保守性。对保守的omcO和cbcN分析,推断通过改变这两个基因上的G-四联体结构,可以影响G.sulfurreducens PCA的EET。  论文系统的分析了产电微生物中的G-四联体,从G-四联体的识别、定位、功能分析和EET相关G-四联体的保守性分析等各个方面,全面分析了产电微生物中的G-四联体,研究结果可能为阐述产电微生物的EET机制提供了一定的信息。
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