十字花科黑腐病菌RNA分子伴侣Hfq的研究
发布时间：2020-03-21 11:25
【摘要】：十字花科黑腐病菌(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc)是引起甘蓝、西兰花、花椰菜和萝卜等重要的十字花科作物黑腐病的病原细菌,也是研究植物与病原菌互作分子机理的模式菌。本研究组之前的研究发现,在十字花科黑腐病菌8004菌株(简称Xcc8004)中,一个与细菌RNA分子伴侣蛋白Hfq高度相似的蛋白HfqXcc可能在该菌的致病和细胞运动等过程中起重要作用。本工作的目的是明确HfqXcc的生物学功能和生化功能并对其发挥功能的机理进行深入研究。对hfqXcc缺失突变体及其互补菌株的表型分析结果显示,hfqXc缺失导致Xcc致病力显著下降、致病因子合成明显减少、细胞运动能力减弱以及对高渗透压的耐受能力下降,而且这些变化的表型能够被hfq反式互补,证明HfqXcc在Xcc的致病、致病因子产生、细胞运动以及对胁迫的响应等生理过程中起关键作用。我们发现,尽管hfqXcc缺失不影响小RNAsRXcc-141的转录,却能导致sRXcc-141在细胞内的积累量严重下降,说明HfqXcc具有稳定sRXcc-141的功能。Co-IP实验结果显示,HfqXcc在体内能够与sRXcc-141特异结合。这些结果证明HfqXcc具有RNA分子伴侣的功能。Hfq是一个由大约100个氨基酸残基组成的小蛋白。生物信息学分析结果显示,在不同的细菌中,Hfq的N端1～66位氨基酸序列高度保守,而66位以后的氨基酸(C端)则是高度可变的。之前有研究表明,Hfq的C端缺失不影响其生物学功能。相反,我们的结果显示,HfqXcc C端对HfqXcc的功能是必须的。为了弄清hfpXcc缺失导致Xcc表型变化的原因,我们采用转录组和蛋白组分析来鉴定hfqXcc缺失导致的基因表达变化,并进一步确定HfqXcc的调控元。转录组分析结果显示,在丰富培养基培养条件下,有51个基因的表达受HfqXcc调控(其中23个基因受HfqXcc正调控,28个基因受HfqXc负调控)。这51个受HfqXcc调控基因涵盖了致病和适应性、细胞被膜和细胞结构、能量和碳代谢、信号传导、翻译、运输等功能类型。蛋白组分析结果显示,在丰富培养基培养条件下,有157个蛋白的表达受HfqXcc调控(其中122个蛋白受HfqXcc正调控,35个蛋白受HfqXcc负调控)。这157个受HfqXcc调控的蛋白涵盖了 18种功能类型(包括中间代谢、能量和碳代谢、致病和适应性、翻译、转运,以及少数的与细胞被膜和细胞结构相关、细胞过程、辅酶因子和载体合成、脂肪酸和磷脂代谢、调控和转录等)。这些结果说明,在Xcc中,HfqXcc是一个全局调控因子。但遗憾的是,转录组和蛋白组分析未能理清HfqXcc影响相关表型的直接通路。由于hfqXcc缺失导致Xcc胞外多糖(EPS)产量显著下降,而gum基因簇是Xcc合成EPS必须的,我们采用Northern杂交方法检测了野生型菌株和hfq缺失突变体中gum mRNA的水平。结果发现,hfqXcc缺失导致gum mRNA的水平显著下降,证明HfqXcc正调控gum基因簇的表达。由于HfqXcc既不能与gum基因簇启动子直接结合,也不能与gum基因簇5'-UTRmRNA直接结合,因此,HfqXcc对gum基因簇的调控可能是间接的。综上所述,本工作对HfqXcc在Xcc中的生物学功能、生化功能及其发挥功能的机理进行了研究,明确了 HfqXcc的RNA分子伴侣功能及其在Xcc中的重要作用,这些结果拓宽了人们对Xcc的致病调控网络的认识。
【图文】：
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本文编号：2593260
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