施氏假单胞菌铁吸收调节蛋白Fur介导的固氮调控机制
发布时间：2021-07-28 15:28
铁在微生物的各关键代谢中起重要辅因子的作用。铁吸收调节因子Fur是革兰氏阴性菌中铁代谢的核心调控元件,在含铁蛋白的活性调控及微生物–宿主互作过程中发挥重要作用。施氏假单胞菌A1501是一株根际联合固氮菌,其高效固氮及根表定殖需要大量含铁蛋白（如固氮酶）的参与。前期研究发现fur基因突变导致A1501菌的固氮酶活显著下降,暗示Fur可能参与固氮基因表达调控,但具体机制尚不清楚。此外,非编码RNA PrrF被报道通过RNA–RNA互作在转录后水平调控含铁蛋白SodB的表达,A1501菌中该ncRNA是否参与固氮酶的表达调控值得深入研究。本研究通过测定不同外界铁条件下菌株的生长、固氮等表型明确了Fur对胞外铁的响应规律,并结合转录组分析、蛋白–DNA互作及RNA–RNA互作等方法探究了A1501菌中Fur蛋白调控固氮基因表达的分子机制。主要研究结果如下:1.测定了野生型A1501、fur突变株?fur和回补株com-fur在铁丰富(基本K培养基,50μM Fe3+或Fe2+)和铁限制(K培养基含0.5μM Fe3+或Fe2+)...
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
土壤中与Fe、Cu、As、Cd、Cr、O、N和S相关的重要氧化还原体配对的氧化还原梯度（YUetal.,2016）
中国农业科学院硕士学位论文第一章绪论9式下，胞外Fe3+最初与铁载体Pvd或Pch结合，复合体会通过偶联能量供应的TonB依赖性受体（FpvA或FptA）进行跨外膜转运；复合体在与周质结合蛋白结合后，继续借助ATP结合转运体（ABC）通过内膜运输到胞内，Fe3+与Pvd或Pch分离并被还原为Fe2+后释放到细胞质中用于酶的合成或铁储存；过量的Fe2+与Fur结合，直接或通过胞浆外sigma因子（ECFσ因子）和其他调节因子调节与Pvd和Pch系统等铁摄取相关基因的表达。另外，Fur还以类似的模式参与生物膜形成、sRNA合成等相关基因的表达（CORNELISetal.,2009）。图1-6铜绿假单胞菌Pvd/Pch铁信号响应系统简化示意图（KIMetal.,2017）Fig.1-6Simplifiedpyoverdine/pyochelinironsignalingsysteminP.aeruginosa（KIMetal.,2017）此外，虽然Fur蛋白对大多数铁调节基因的调控属于表达抑制（如pcdS、fpvl和pchR），但研究表明Fur也能对靶标基因的表达起激活作用，这些基因的共性是它们编码的蛋白都含Fe或Fe-S簇（ESCOLARetal.,1998;HANTKE,2001）。Masse等研究发现，E.coli中存在的非编码RNARyhB对铁代谢基因acnA、bfr、ftnA、fumA和sdhCDAB等存在抑制作用，而激活状态的Fur蛋白会抑制RyhB的表达（图1-7），Fur间接激活了上述铁代谢基因的表达。因此，在低铁条件下，RhyB表达并导致许多编码含铁或铁储存蛋白表达量明显降低，进而释放铁以用于细胞必需的生理活动（MASSéetal.,2002;MASSéetal.,2005）。图1-7Fur蛋白和ncRNARhyB的调控示意图（刘一超等，2019）Fig.1-7SchematicrepresentationofFurandRhyBregulation（LIUetal.,2019）
中国农业科学院硕士学位论文第一章绪论9式下，胞外Fe3+最初与铁载体Pvd或Pch结合，复合体会通过偶联能量供应的TonB依赖性受体（FpvA或FptA）进行跨外膜转运；复合体在与周质结合蛋白结合后，继续借助ATP结合转运体（ABC）通过内膜运输到胞内，Fe3+与Pvd或Pch分离并被还原为Fe2+后释放到细胞质中用于酶的合成或铁储存；过量的Fe2+与Fur结合，直接或通过胞浆外sigma因子（ECFσ因子）和其他调节因子调节与Pvd和Pch系统等铁摄取相关基因的表达。另外，Fur还以类似的模式参与生物膜形成、sRNA合成等相关基因的表达（CORNELISetal.,2009）。图1-6铜绿假单胞菌Pvd/Pch铁信号响应系统简化示意图（KIMetal.,2017）Fig.1-6Simplifiedpyoverdine/pyochelinironsignalingsysteminP.aeruginosa（KIMetal.,2017）此外，虽然Fur蛋白对大多数铁调节基因的调控属于表达抑制（如pcdS、fpvl和pchR），但研究表明Fur也能对靶标基因的表达起激活作用，这些基因的共性是它们编码的蛋白都含Fe或Fe-S簇（ESCOLARetal.,1998;HANTKE,2001）。Masse等研究发现，E.coli中存在的非编码RNARyhB对铁代谢基因acnA、bfr、ftnA、fumA和sdhCDAB等存在抑制作用，而激活状态的Fur蛋白会抑制RyhB的表达（图1-7），Fur间接激活了上述铁代谢基因的表达。因此，在低铁条件下，RhyB表达并导致许多编码含铁或铁储存蛋白表达量明显降低，进而释放铁以用于细胞必需的生理活动（MASSéetal.,2002;MASSéetal.,2005）。图1-7Fur蛋白和ncRNARhyB的调控示意图（刘一超等，2019）Fig.1-7SchematicrepresentationofFurandRhyBregulation（LIUetal.,2019）
【参考文献】：
期刊论文
[1]细菌感应金属信号及调节金属稳态的研究进展[J]. 刘一超,战嵛华,柯秀彬,燕永亮. 生物技术进展. 2019(04)
[2]水稻土中铁-氮循环耦合体系影响镉活性机理研究[J]. 李义纯,李永涛,李林峰,唐明灯,王艳红,艾绍英. 环境科学学报. 2018(01)
[3]水稻根际固氮细菌的研究[J]. 丘元盛,周淑萍,莫小真,王大耜,尤崇杓. 科学通报. 1980(21)
硕士论文
[1]固氮施氏假单胞菌非编码RNA NfiS转录后调控氧化胁迫反应[D]. 张宏扬.中国农业科学院 2018
[2]固氮施氏假单胞菌RpoN蛋白调控硝酸盐同化的作用机制[D]. 李耘.中国农业科学院 2016
[3]施氏假单胞菌A1501中非编码RNA CrcY的功能鉴定及其调控机制[D]. 谷伟.中国农业科学院 2014
[4]固氮施氏假单胞菌次级代谢抑制因子RsmA的功能研究[D]. 尚立国.中国农业科学院 2014
[5]固氮施氏假单胞菌RpoN和RpoS对鞭毛合成和趋化调控机制的研究[D]. 刘晓东.安徽农业大学 2013
[6]固氮施氏假单胞菌ACC脱氨酶基因acdS的功能鉴定[D]. 王瑞.中国农业科学院 2011
[7]固氮施氏假单胞菌一般胁迫反应蛋白RpoS的鉴定和作用机制研究[D]. 李燕.中国农业科学院 2010
本文编号：3308167
【文章来源】：中国农业科学院北京市
【文章页数】：109 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
土壤中与Fe、Cu、As、Cd、Cr、O、N和S相关的重要氧化还原体配对的氧化还原梯度（YUetal.,2016）
中国农业科学院硕士学位论文第一章绪论9式下，胞外Fe3+最初与铁载体Pvd或Pch结合，复合体会通过偶联能量供应的TonB依赖性受体（FpvA或FptA）进行跨外膜转运；复合体在与周质结合蛋白结合后，继续借助ATP结合转运体（ABC）通过内膜运输到胞内，Fe3+与Pvd或Pch分离并被还原为Fe2+后释放到细胞质中用于酶的合成或铁储存；过量的Fe2+与Fur结合，直接或通过胞浆外sigma因子（ECFσ因子）和其他调节因子调节与Pvd和Pch系统等铁摄取相关基因的表达。另外，Fur还以类似的模式参与生物膜形成、sRNA合成等相关基因的表达（CORNELISetal.,2009）。图1-6铜绿假单胞菌Pvd/Pch铁信号响应系统简化示意图（KIMetal.,2017）Fig.1-6Simplifiedpyoverdine/pyochelinironsignalingsysteminP.aeruginosa（KIMetal.,2017）此外，虽然Fur蛋白对大多数铁调节基因的调控属于表达抑制（如pcdS、fpvl和pchR），但研究表明Fur也能对靶标基因的表达起激活作用，这些基因的共性是它们编码的蛋白都含Fe或Fe-S簇（ESCOLARetal.,1998;HANTKE,2001）。Masse等研究发现，E.coli中存在的非编码RNARyhB对铁代谢基因acnA、bfr、ftnA、fumA和sdhCDAB等存在抑制作用，而激活状态的Fur蛋白会抑制RyhB的表达（图1-7），Fur间接激活了上述铁代谢基因的表达。因此，在低铁条件下，RhyB表达并导致许多编码含铁或铁储存蛋白表达量明显降低，进而释放铁以用于细胞必需的生理活动（MASSéetal.,2002;MASSéetal.,2005）。图1-7Fur蛋白和ncRNARhyB的调控示意图（刘一超等，2019）Fig.1-7SchematicrepresentationofFurandRhyBregulation（LIUetal.,2019）
中国农业科学院硕士学位论文第一章绪论9式下，胞外Fe3+最初与铁载体Pvd或Pch结合，复合体会通过偶联能量供应的TonB依赖性受体（FpvA或FptA）进行跨外膜转运；复合体在与周质结合蛋白结合后，继续借助ATP结合转运体（ABC）通过内膜运输到胞内，Fe3+与Pvd或Pch分离并被还原为Fe2+后释放到细胞质中用于酶的合成或铁储存；过量的Fe2+与Fur结合，直接或通过胞浆外sigma因子（ECFσ因子）和其他调节因子调节与Pvd和Pch系统等铁摄取相关基因的表达。另外，Fur还以类似的模式参与生物膜形成、sRNA合成等相关基因的表达（CORNELISetal.,2009）。图1-6铜绿假单胞菌Pvd/Pch铁信号响应系统简化示意图（KIMetal.,2017）Fig.1-6Simplifiedpyoverdine/pyochelinironsignalingsysteminP.aeruginosa（KIMetal.,2017）此外，虽然Fur蛋白对大多数铁调节基因的调控属于表达抑制（如pcdS、fpvl和pchR），但研究表明Fur也能对靶标基因的表达起激活作用，这些基因的共性是它们编码的蛋白都含Fe或Fe-S簇（ESCOLARetal.,1998;HANTKE,2001）。Masse等研究发现，E.coli中存在的非编码RNARyhB对铁代谢基因acnA、bfr、ftnA、fumA和sdhCDAB等存在抑制作用，而激活状态的Fur蛋白会抑制RyhB的表达（图1-7），Fur间接激活了上述铁代谢基因的表达。因此，在低铁条件下，RhyB表达并导致许多编码含铁或铁储存蛋白表达量明显降低，进而释放铁以用于细胞必需的生理活动（MASSéetal.,2002;MASSéetal.,2005）。图1-7Fur蛋白和ncRNARhyB的调控示意图（刘一超等，2019）Fig.1-7SchematicrepresentationofFurandRhyBregulation（LIUetal.,2019）
【参考文献】：
期刊论文
[1]细菌感应金属信号及调节金属稳态的研究进展[J]. 刘一超,战嵛华,柯秀彬,燕永亮. 生物技术进展. 2019(04)
[2]水稻土中铁-氮循环耦合体系影响镉活性机理研究[J]. 李义纯,李永涛,李林峰,唐明灯,王艳红,艾绍英. 环境科学学报. 2018(01)
[3]水稻根际固氮细菌的研究[J]. 丘元盛,周淑萍,莫小真,王大耜,尤崇杓. 科学通报. 1980(21)
硕士论文
[1]固氮施氏假单胞菌非编码RNA NfiS转录后调控氧化胁迫反应[D]. 张宏扬.中国农业科学院 2018
[2]固氮施氏假单胞菌RpoN蛋白调控硝酸盐同化的作用机制[D]. 李耘.中国农业科学院 2016
[3]施氏假单胞菌A1501中非编码RNA CrcY的功能鉴定及其调控机制[D]. 谷伟.中国农业科学院 2014
[4]固氮施氏假单胞菌次级代谢抑制因子RsmA的功能研究[D]. 尚立国.中国农业科学院 2014
[5]固氮施氏假单胞菌RpoN和RpoS对鞭毛合成和趋化调控机制的研究[D]. 刘晓东.安徽农业大学 2013
[6]固氮施氏假单胞菌ACC脱氨酶基因acdS的功能鉴定[D]. 王瑞.中国农业科学院 2011
[7]固氮施氏假单胞菌一般胁迫反应蛋白RpoS的鉴定和作用机制研究[D]. 李燕.中国农业科学院 2010
本文编号：3308167
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