劳尔氏菌降解酚酸相关基因的功能研究

发布时间：2020-04-23 20:00

【摘要】：酚酸类化合物广泛存在于植物界中,是植物细胞壁的主要成分。其基本骨架往往包含一个酚环和一个有机羧酸链,根据有机羧酸链中碳原子的不同,被分为羟基肉桂酸和羟基苯甲酸两大类。羟基肉桂酸类化合物是木质素生物合成的重要前体,同时也是植物重要的次生代谢产物,并参与到细菌和宿主植物之间的相互作用。水杨酸是一种典型的羟基苯甲酸化合物,是植物对细菌产生反应并诱导植物免疫系统的主要途径之一。通常,酚酸类化合物对大多数细菌有毒,但为了保护自己免受酚酸类化合物的毒害,许多细菌往往会表达酚酸脱羧酶(PADse,如枯草芽孢杆菌中padC基因产物),以将酚酸转化为毒性较低的4-乙烯基及4-乙基衍生物。酚酸脱羧酶调节子PadR(PADse Regulator)是一大类转录调节因子,在许多细菌中调节酚酸脱羧酶介导的解毒作用。大量文献表明PadR能在微生物解毒,抗生素合成,多药抗性,毒素合成和碳分解代谢的各种生命活动中起作用。劳尔氏菌(Ralstonia solanacearum)是革兰氏阴性细菌,其往往通过破坏植物根部细胞壁结构侵入细胞,最终在木质部导管中定殖并大量繁殖,从而导致寄主植物快速萎蔫死亡。显然,劳尔氏菌可能降解细胞壁成分,如羟基肉桂酸类化合物,并克服其产生的毒性。酚酸类化合物具有广泛的抗菌性,但细菌通常也能降低适当浓度的酚酸类化合物。通过对劳尔氏菌基因组的扫描,虽然未发现劳尔氏菌株的基因组中含有酚酸脱羧酶,但在劳尔氏菌基因组中含有两个操纵子,fcs操纵子和nag操纵子,它们分别编码阿魏酸和水杨酸的降解酶,赋予劳尔氏菌代谢阿魏酸(Ferulic acid,FA)和水杨酸(Salicylic acid,SA)的能力。此外,在劳尔氏菌的基因组中存在类似酚酸脱羧酶调控子(Rsp0309),可能调控fcs和nag操纵子的表达。通过测定劳尔氏菌在含有不同浓度酚酸类化合物的无机盐培养液中的生长情况,发现劳尔氏菌对阿魏酸及水杨酸的最小抑菌浓度分别为700μM以及400μM。进一步实验发现,fcs、nag突变体在添加相应酚酸类化合物的无机盐培养液中更为敏感,表明fcs、nag操纵子是降解阿魏酸和水杨酸所必须的。众多研究表明,植物在受病原菌侵染时,会分泌大量酚酸类化合物以抵御病原菌的侵入。但也有一些酚酸类化合物能诱导劳尔氏菌III型分泌系统的表达。通过报告基因水平检测,发现阿魏酸可在体外通过PrhA-PrhI/R-PrhJ-HrpG途径诱导III型分泌系统的表达。以上结果表明,阿魏酸不仅是劳尔氏菌可以利用的碳源,也是重要的诱导III型分泌系统信号。但在植物体内,添加外源阿魏酸并不能显著提高III型分泌系统的表达。在编码酚酸脱羧酶调控子rsp0309基因被敲除的情况下,突变体对酚酸(水杨酸和阿魏酸)比野生型菌株更为敏感,并通过构建nag-lacZYA报告基因,发现Rsp0309正向调控nag基因表达,表明Rsp0309调节nag操纵子介导的劳尔氏菌对酚酸类化合物的解毒作用。除此之外,rsp0309突变体在植物体内的生长能力显著弱于野生型,表明rsp0309突变体在植物体内抵抗酚酸类化合物能力显著下降。基于Rsp0309的转录因子特性,进一步通过转录组分析,结果表明:Rsp0309(1)正向调节水杨酸和阿魏酸降解基因的表达;(2)正向调节编码III型分泌系统(T3SS)和III型效应子(T3Es)的基因的表达;(3)正向调节鞭毛,IV型菌毛相关基因的表达;(4)正调节细胞壁降解酶(CWDEs)的表达。转录组结果与上述报告基因检测结果一致。以上所有结果表明,Rsp0309可能是一个PadR,其正向调控酚酸类化合物降解相关基因表达,而促进酚酸类化合物的脱毒作用。此外Rsp0309也调控众多与侵染宿主植物过程相关基因的表达,从而在劳尔氏菌与寄主植物互作过程中起重要作用。
【图文】：

图 1.1 植物体内通过莽草酸途径合成酚酸类化合物的一般途径Fig 1.1 General pathway of the phenolic acids biosynthesis derived from the shikimic acidpathway in plant1.1.2 酚酸类化合物的分类酚酸可分为两大类，羟基苯甲酸衍生物和羟基肉桂酸衍生物。在化学结构上，这些化合物首先有一个苯环为骨架的主干，有至少一个芳环，其中至少一个氢被羟基取代（图 1.2）。

图 1.2 羟基肉桂酸类化合物和羟基苯甲酸类化合物的化学结构Fig 1.2 Chemical structures of hydroxybenzoic acids and hydroxycinnamic acids derivatives1.1.2.1 羟基苯甲酸类化合物羟基苯甲酸类化合物的结构为至少含有一个羟基的苯甲酸。最简单的结构为一个羟基的苯甲酸，包含水杨酸（salicylicacid）也称为邻羟基苯甲酸、间羟基苯甲酸和对羟基苯甲酸。随着化学的发展和对自然界认识的提高，也发现了多个羟基的苯甲酸衍生物。水杨酸在植物体内广泛存在，来源于水杨苷的代谢。不仅如此，水杨酸在医药方面也有独特的贡献，除了作为阿司匹林（乙酰水杨酸）的重要活性代谢产物外，它最有名的可能是它是局部抗痤疮产品的关键成分之一。1.1.2.2 羟基肉桂酸类化合物羟基肉桂酸类化合物前体为肉桂酸，其结构为含有一个羟基的肉桂酸，化合式骨架为 C6-C3。同时随着与苯酚连接的基团不同，也衍生出许多不同的化学化合物，比如单羟基肉桂酸对香豆酸，，甲氧基羟基肉桂酸阿魏酸以及双羟基肉桂酸
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X172;X505

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本文编号：2638093