土壤组分影响Bacillus subtilis自然转化的内在机制初探

发布时间：2020-05-30 16:59

【摘要】：为有效评估转基因生物释放到土壤环境中的生态安全性,需要全面了解土壤细菌发生自然转化的可能性。本文以土壤典型细菌枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)和常见的三种粘粒矿物(高岭石、蒙脱石和针铁矿)及不同比例的矿物-腐殖酸复合体为材料,同时引入B.subtilis重要的感受态调控信号分子CSF(competence and sporulation stimulating factor),探究了三种粘粒矿物及其与CSF的互作对B.subtilis自然转化的影响,结合矿物表面固定态质粒的转化能力和矿物对细菌代谢活性的影响结果,解释矿物影响B.subtilis自然转化的可能内在机制。并初步探究了不同比例的矿物-腐殖酸复合体及与CSF互作对B.subtilis的自然转化效率的影响,分析腐殖酸对B.subtilis自然转化的作用。获得如下主要结果:1.制备了三种矿物表面吸附态质粒pHTG,与游离态质粒同时转化B.subtilis细胞。发现吸附在三种矿物表面的质粒pHTG仍然具有转化B.subtilis的能力,与游离态质粒相比转化效率降低。固定在针铁矿表面的质粒转化效率下降得最多,而蒙脱石和高岭石固定态质粒的转化效率下降得较少,表明针铁矿结合的质粒的转化活性最低。2.研究了不类型和浓度的矿物对B.subtilis的自然转化的影响,同时比较了CSF与三种不同矿物相互作用后B.subtilis的自然转化情况。发现不同类型及浓度的矿物对B.subtilis的转化有不同的影响,较低浓度矿物条件下细菌的转化能力由高到低的顺序是高岭石针铁矿蒙脱石,而高浓度条件下的顺序是针铁矿蒙脱石高岭石。CSF与不同类型及浓度的矿物相互作用后对B.subtilis的自然转化效率的影响也不同,是因为矿物可通过影响信号分子CSF的生物有效性进而影响B.subtilis的转化。本研究认为当矿物浓度较低时,B.subtilis转化受到矿物对质粒DNA吸附和感受态形成的影响,而在较高浓度矿物存在条件下,矿物对B.subtilis转化的影响更多的是矿物与胞外信号分子互作对细菌感受态的影响,表明土壤颗粒与细菌感受态形成相关因子的互作是影响细菌自然转化的重要因素。3.研究了三种矿物不同比例的矿物-腐殖酸复合体及其与CSF相互作用对B.subtilis自然转化的影响,初步分析了腐殖酸对B.subtilis自然转化的作用。发现与纯矿物相比,三种矿物与腐殖酸结合后对B.subtilis自然转化都有不同程度的促进作用,促进程度受到腐殖酸含量的影响。上述结果有助于我们了解土壤组分对B.subtilis自然转化效率的影响,为评估工程菌在环境中应用的生态风险提供理论参考。
【图文】：

自然感受态,吸收机制,细菌DNA,重组过程

的研究也表明自然转化已不只是一种“实验室”现象，在自然界中也广泛存在着自然转化现象（李美菊等，2003）。因此自然转化很可能是土壤环境中胞外 DNA 发生水平转移的最重要的方式。人们一直认为土壤中的自然转化频率非常低，通常低于检测限（Thomas and Nielsen, 2005）。由于土壤中存在着大量的不可培养微生物，以及对土壤自然转化研究的缺乏，同时也缺乏对转化事件有效的检测技术，这往往低估了土壤中细菌发生自然转化的可能性。1997 年 Lurquin 发现雷电可以导致土壤中细胞外 DNA 的基因转移。Overballe-Petersen（2013）研究发现受损伤的片段化 DNA分子可转化不动杆菌。土壤中看似不利的条件也可能会促进细菌自然转化的发生。为规避转基因生物释放的重组 DNA 在土壤中的生态风险，一般采用不能发生自身转移的非接合质粒构建转基因生物，但自然转化的发生无疑使这种努力变得徒劳（李美菊等，2003）。

感受态,枯草芽孢杆菌,华中农业大学,孢子形成

华中农业大学 2018 届硕士研究生学位论文mS 大量产生，从而促进感受态的形成（Prozorov, 2001）。随着细胞的生浓度也随之积累，高浓度的 CSF 对 RapC 的作用减弱，同时会调控产孢表达，，使菌群进入孢子形成阶段（Molle et al., 2003）。CSF 具有物种特异程度上弥补 ComX 的菌株特异性不足，使不能通过 ComX 进行通讯的的以利用 CSF 进行通讯（Pottathil et al., 2008）。
【学位授予单位】：华中农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S154.3

【参考文献】