Magnetospirillum gryphiswaldense MSR-1中OxyR-Like和Crp蛋白的功能分析

发布时间：2018-05-13 20:57

  本文选题：Magnetospirillum + gryphiswaldense　； 参考：《中国农业大学》2016年博士论文

【摘要】：趋磁细菌(Magnetotactic bacteria, MTB)是一类特殊微生物,它们的共同特征是能够在体内合成具有膜包被的组分为四氧化三铁或四硫化三铁的磁性纳米颗粒,称为磁小体。大多数对于趋磁细菌的研究工作都集中于磁小体的形成过程以及磁小体合成的生物调控网络。已有研究表明,磁小体的合成需要低溶解氧(低氧)及高浓度铁(高铁)的生长环境,而此环境下生物体体内活性氧水平将提升,且正常的有氧呼吸过程受到阻碍。早期文献报道及实验室前期研究结果暗示趋磁细菌中磁小体的合成与胞内活性氧清除机制相关,且在低氧条件下,胞内高浓度的铁离子可能代替氧作为呼吸链电子传递过程中的终端电子受体。为了证明以上推测,并揭示磁小体合成的调控机制,本文以磁螺菌Magnetospirillum gryphiswaldense MS R-1为研究对象,利用实验室中已有的可能与活性氧清除相关的转录调控因子oxyR-Like缺失突变株及可能与碳源及能量代谢相关的转录调控因子crp缺失突变株为材料,对这两个转录因子的功能及其与磁小体合成的关系进行研究。结果表明,oxyR-Like缺失突变株磁小体正常合成受到抑制,胞内铁含量显著下降,细胞磁性消失,透射电子显微镜观察表明：突变株体内的磁小体粒径变小,数量增多；高分辨透射电镜单胞晶体分析表明：在突变株中存在多种磁小体组分,包括α-Fe2O3, Fe3O4及首次在趋磁细菌中发现的ε-Fe2O3.这些结果暗示α-Fe2O3, ε-Fe2O3可能是磁小体合成过程中的中间体。对野生型菌株磁小体合成初始阶段磁小体组分的进一步分析表明,α-Fe2O3及ε-Fe2O3确为成熟磁小体形成过程中的中间体。表达谱分析结果显示,受oxyR-Like缺失影响较为显著的基因其功能主要集中于氧化磷酸化、金属离子结合及双组份调控等。对于转录因子Crp的研究表明,crp基因缺失突变株生长及铁吸收能力均受到一定抑制,细胞完全丧失磁性,磁小体合成受阻,所形成磁颗粒粒径及数量都显著降低,且不再呈链状排列。表达谱分析结果显示,受crp缺失影响,突变株中与肽聚糖及NADH泛醌氧化还原酶合成等相关的基因表达量显著下调,而与琥珀酸及延胡索酸氧化还原相关的基因及与F型ATP酶合成相关的基因表达量则发生上调,推测原因为crp缺失导致受Crp正调控的基因表达水平降低,而另外一些具有相关功能的基因则提高其表达水平,以补偿crp缺失对细胞造成的不利影响。qRT-PCR结果还证实,crp缺失突变株中大量磁小体岛基因表达水平显著下调,而这类基因对于磁小体的合成至关重要。综上所述,本研究通过实验证实,在磁螺菌MSR-1中,组分为Fe304的成熟磁小体是由α-Fe2O3, ε-Fe2O3等中间体形态转化而来,其中ε-Fe2O3为一种首次被发现的重要中间体。磁小体的形成过程与胞内抗氧化胁迫及碳源与能量代谢途径均密切相关,而转录因子OxyR-Like及Crp都可通过直接或间接的方式对磁小体的合成途径进行严格的调控。这些结果不仅丰富了纳米磁颗粒生物矿化调节机制的研究,同时进一步阐明了磁小体合成的化学途径。
[Abstract]:In this paper , it is suggested that the synthesis of magnetosomes requires low dissolved oxygen ( hypoxia ) and high concentration of iron ( high iron ) .
The results showed that the gene expression level of the mutant strain was significantly lower than that of succinic acid and fumaric acid .

【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：Q933

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本文编号：1884766