固氮施氏假单胞菌次级代谢抑制因子RsmA的功能研究

来源 :中国农业科学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tangwu2007
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生物膜的形成在微生物环境适应及其与宿主互作中发挥重要作用。假单胞菌次级代谢抑制因子RsmA被证实广泛参与包括致病性、耐药性、群体感应及生物膜形成等一系列生理过程。固氮施氏假单胞菌A1501分离自水稻根际,基因组分析表明A1501菌含有一个RsmA的同源蛋白,该蛋白在A1501菌中的功能及其是否参与生物膜合成等问题不清楚。本研究通过构建固氮施氏假单胞菌A1501的RsmA突变株并分析其在生物膜生成、生物固氮、运动及水稻根部定殖等过程中的功能,同时采用实时定量PCR及电镜观察等方法对RsmA参与不同生理过程的作用机制进行探索。取得的主要研究结果如下:1.固氮施氏假单胞菌A1501中的RsmA与铜绿假单胞菌中的RsmA氨基酸序列一致性达98%,进化分析表明RsmA属于CsrA超家族。此外,在A1501的基因组中,我们预测了4个可能参与调控RsmA活性的非编码RNA,并根据同源性比对将其分别命名为RsmX1、RsmX2、RsmY和RsmZ。RNA二级结构预测显示它们都含有3-4个RsmA的结合位点。2.实时定量PCR结果表明rsmA在细菌生长初期具有较高表达量,而在指数期以及平台期表达量下降。非编码RNA rsmZ的转录水平在整个生长时期未发生显著变化。在RNA聚合酶一般胁迫σ因子rpoS突变株中,rsmA的表达不受影响,但rsmZ表达上调了30多倍,说明rsmZ的表达受rpoS的负调控。进一步研究发现,A1501菌中,rsmA和rsmZ的转录不受转录调控因子GacA突变的影响。3.采用同源重组方法构建RsmA突变株。在LB固体培养基上,RsmA突变株的菌落形态变化明显,菌落变得褶皱,直径变大。RsmA的突变不影响固氮酶活,但是在RsmA的过量表达株中,固氮酶活下降了30%。荧光定量PCR结果显示:在固氮条件下rsmA的过量表达导致了固氮酶结构基因nifH、氮代谢基因ntrC和glnK的转录水平都下降一半左右。4.与野生型相比,RsmA的突变导致菌体swimming运动能力显著下降,但是swarming运动能力极大增强。电子显微镜观察表明,野生型和突变株菌体运动的主要器官—鞭毛的数量和形态方面都没有明显差异,暗示RsmA可能通过其他方式影响了菌体的运动。5. RsmA的突变导致了菌体有更强的生物膜合成能力。胞外多糖测定显示,在液体培养条件下,RsmA突变株和野生型胞外多糖的合成无显著差异,但电子显微观察显示RsmA突变株生物膜中的细菌排列更加紧密,细胞间纤维状物质增加,推测可能是细菌纤维素合成增强。6.水稻幼苗根部竞争性定殖结果显示RsmA突变株在水稻根的定殖能力相比野生型显著增强。RsmA突变株具有开发成高效定殖促生微生物菌肥的潜力。上述研究成果表明RsmA在固氮施氏假单胞菌中参与调控生物固氮、菌体运动、生物膜生成及根表定殖等多个生理过程,是一个全局性调控因子。寻找RsmA的靶标基因,分析RsmA的分子调控机制成为接下来的工作重点。
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