固氮施氏假单胞菌RpoN蛋白对鞭毛合成的影响

选择性σ因子σ~(54)(又称为RpoN)参与到许多细菌特定基因的转录起始过程,如氮同化基因、四碳二羧酸转运基因以及鞭毛基因。为了研究施氏假单胞菌A1501(Pseudomonas stutzeri,A1501)中σ因子RpoN对鞭毛合成的影响,构建了A1501的rpoN缺失突变株与功能回补株,并对野生型、突变株与回补株的鞭毛结构、swimming运动、生物膜形成、根际定殖能力以及鞭毛基因的表达水平进行了比较分析。结果表明:rpo N突变株丧失了鞭毛结构与swimming运动能力,根际定殖与生物膜形成能力相对野生型分别下降了25倍与10倍;此外,rpoN缺失后A1501中大量鞭毛基因发生显著下调;启动子分析发现RpoN除了可能参与调控Ⅱ级、Ⅲ级鞭毛基因外,还可能调控一级基因fli A以及四级基因fliC。以上结果说明RpoN在不同调控等级影响A1501鞭毛的合成,进而影响该菌运动、生物膜形成、根际定殖这些与水稻建立起联合固氮体系息息相关的过程。     

大肠杆菌O157:H7生物被膜状态下基因表达分析

生物被膜是细菌适应不良环境形成的一种特殊胞外结构，当细菌从浮游状态转换成生物被膜状态后其生理代谢活动也会随之发生改变。为了研究细菌形成生物被膜后生理代谢途径的变化及生物被膜形成的分子调控机制，以食源致病性大肠杆菌O157:H7为试验对象，对其在浮游状态和生物被膜形成状态下的转录组进行测序分析。结果表明，与浮游状态相比，大肠杆菌O157:H7在生物被膜形成状态有1 652个显著差异表达的基因（上调821个，下调831个），其中鞭毛组装、细菌趋化性和双组分系统调控蛋白基因等在生物被膜形成阶段表达上调；ABC转运系统调控蛋白基因等表达下调。同时，碳代谢、氮代谢、脂肪酸代谢等多个代谢途径也发生了变化。上述结果为深入研究生物被膜形成的分子机制提供数据支持。     

E.coli Nissle 1917(EcN)curli菌毛和鞭毛对其生物被膜形成的影响

E.coli Nissle 1917是被广泛认可的益生菌,可以通过形成生物被膜定殖在肠道中抑制沙门氏菌等病原菌的生长.通过λ-Red同源重组系统构建curli菌毛合成基因(csgA)和鞭毛调控基因(hnsA)突变菌株,探究curli菌毛和鞭毛对EcN生物被膜形成的影响.结果表明,curli菌毛对EcN运动能力以及生物膜形成没有影响;EcNΔhnsA菌株的运动能力下降,生物被膜含量升高,说明鞭毛通过促进EcN运动,抑制细菌的附着,从而抑制生物膜的形成.     

禽致病性大肠杆菌ETT2转录因子eivF缺失株的生物学特性及转录组学分析

【目的】构建禽致病性大肠杆菌(APEC)Ⅲ型分泌系统2(ETT2)转录因子eivF缺失株,并对其进行生物学特性及转录组学分析,探究转录因子eivF基因在APEC致病过程中的作用,为后期深入研究ETT2致病机制奠定基础。【方法】利用Red同源重组技术构建APEC ETT2转录因子eivF基因缺失的APEC AE81△eivF株及其回复株AE81 C-eivF,通过运动性、生物被膜形成等试验分析eivF对APEC生物学功能的影响;并利用转录组学方法分析eivF在转录调控网络中对细菌鞭毛和生物被膜等相关因子的转录调控作用。【结果】成功构建了APEC eivF基因缺失株AE81△eivF和回复株AE81 C-eivF;生物学结果表明,与野生株AE81相比,缺失株AE81△eivF运动能力降低,生物被膜形成褶皱堆砌且厚度增大,空间结构呈立体、多层次状,并形成类似于三维塔状结构的突起,回复株AE81 C-eivF运动能力和生物被膜形成能力基本恢复;与野生株AE81相比,缺失株AE81△eivF有576个基因差异表达,且鞭毛和生物被膜等相关基因在转录水平上均发生显著变化。【结论】ETT2的转录因子eivF参与调控APEC的生物表型变化,其可能通过调控鞭毛、生物被膜相关基因而调控APEC致病过程。     

西瓜细菌性果斑病菌鞭毛基因fliS的功能分析

【目的】西瓜细菌性果斑病由西瓜噬酸菌(Acidovorax citrulli,Ac)引起,是一种严重的世界性病害。细菌的鞭毛通常被认为是细菌的运动器官,在细菌的侵染过程中也起重要作用,已有报道表明这种作用可受鞭毛蛋白基因fliS的调控,目前西瓜细菌性果斑病菌鞭毛蛋白基因fliS的功能及其调控机理尚不清楚,本研究旨在探讨该基因在鞭毛形成和致病性等生物学特性中的作用。【方法】以果斑病菌野生型致病菌株1号基因组DNA为模板,设计一系列引物,PCR扩增敲除基因fliS的上下游片段,通过回收、酶切、连接、转化等步骤构建敲除载体和互补载体,然后采用三亲杂交法,根据同源重组的原理,构建fliS基因缺失突变菌株及其互补菌株,并对其鞭毛的形态特征、致病性、过敏反应、游动性、群体感应、菌膜、生长速率、菌落形态等生物学特性进行测定;进一步提取细菌总RNA,以谷氨酰胺合成酶基因glnA为参照来校正目标基因的表达量,采用实时荧光定量PCR(qRT-PCR)方法,比较野生菌株、敲除菌株和互补菌株部分鞭毛蛋白基因flh D、fliE、fliC、flgK、flgM、fliD和fliA的表达量差异。【结果】通过抗性基因Gm的筛选和PCR验证,成功构建了果斑病菌鞭毛蛋白基因fliS缺失突变菌株1-fliS及其互补菌株1-fliShb,并对所得菌株的生物学特性和鞭毛进行观察,结果表明,与野生菌株相比,鞭毛蛋白基因缺失突变菌株的游动性、菌膜形成能力减弱,互补后游动性、菌膜形成能力基本恢复;缺失突变菌株对甜瓜、西瓜幼苗以及西瓜果实的致病性降低,互补后对西瓜、甜瓜幼苗及西瓜果实的致病力完全恢复。电镜测试显示,突变菌株鞭毛变短,长度约为野生菌株的1/3—1/4,互补后鞭毛合成能力基本恢复,鞭毛长度约为野生菌的4/5;光学显微镜下,可观察到在NA平板上的野生菌株菌落周围有明显的由细菌颤泳形成的特殊晕圈,而缺失突变菌株在NA平板上不能形成这种晕圈,互补后晕圈形成能力部分恢复;缺失突变菌株的生长速率比野生菌株慢,互补后生长速率没有恢复;野生菌株、突变菌株和互补菌株在过敏性反应和群体感应方面无差异。qRT-PCR分析结果显示,fliS基因缺失突变后,flh D表达量较野生菌株明显降低,fliE、fliC和flgK表达量较野生菌株明显升高,flgM和fliD表达量略微上升,fliA表达量基本不变;互补菌株中flhD、fliE和fliC表达量部分恢复,flgK、flgM和fliD表达量没有恢复,与突变菌株相同。【结论】鞭毛基因fliS对果斑病菌鞭毛丝的形成、游动性、菌膜形成能力、生长速率、菌落形态、致病性等均有调控作用。     

细菌群体感应系统的研究进展

群体感应是细菌监控自身群体密度的环境信号感受系统。细菌在繁殖过程中分泌一些特定的化学信号分子,这种信号分子从胞内扩散到胞外,当这种信号分子达到一定的阈值时,细菌感受到自身的细胞密度,启动某些基因的表达,这一过程称为群体感应(quorum-sensing)。目前,已在许多革兰氏阳性菌和阴性菌中发现了群体感应系统,调控许多基因的表达。笔者综述了细菌的群体感应系统的最新进展及群体感应的作用,并阐述了其在生物技术领域的应用前景。     

水稻基腐病菌flhDC和fliA基因的功能

【目的】水稻细菌性基腐病(致病菌Dickeya zeae)是水稻重要细菌病害之一。细菌的鞭毛是重要的运动器官,迄今有关水稻基腐病菌的鞭毛系统、flh DC和fli A基因功能及其调控机理尚不清楚,明确这些鞭毛基因的功能,有利于进一步了解D.zeae的致病性综合调控网络、开发新型药物作用靶标以及制定病害防控策略。论文旨在明确D.zeae鞭毛系统中flh DC和fli A在致病性中的作用。【方法】以D.zeae野生型致病菌株EC1基因组DNA为模板,设计一系列引物,PCR扩增待敲除的目标基因flh DC和fli A各自的上、下游片段,再以混合的上、下游片段为模板,扩增得到缺失flh DC和fli A的融合片段,双酶切纯化后连接到自杀性载体p KNG101上,构建带有反向筛选标记基因sac B的自杀重组质粒p KNG-Δflh DC和p KNG-ΔfliA,通过三亲转化方法分别将重组质粒导入野生型菌株EC1中,通过两次等位基因同源重组,PCR检测和测序验证,最终获得目标基因flh DC和fli A缺失突变体Δflh DC和ΔfliA;测定并比较突变体与野生菌的胞外酶活性、毒素活性、运动性、生物膜形成能力,以及对水稻的致病力和对烟草的过敏性反应(HR);进一步提取细菌总RNA,以16Sr DNA为内参来校正目标基因的表达量,采用实时荧光定量PCR(q RT-PCR)方法,比较野生菌和突变体Δflh DC和ΔfliA下游基因flh D、flh C、fli A和fli C的表达量差异。【结果】通过基因操作手段成功构建了基因缺失突变体Δflh DC和ΔfliA。表型测定结果显示,野生菌EC1的运动性和形成生物膜的能力很强,而基因缺失菌株Δflh DC和ΔfliA的运动性和形成生物膜的能力明显下降;野生菌株EC1对水稻种子萌发具有很强的抑制作用,而突变体Δflh DC和ΔfliA则显著降低了对水稻种子萌发的抑制作用;接种野生菌株EC1的水稻植株产生大面积褐色病斑,且腐烂程度严重,而接种突变体Δflh DC和ΔfliA的水稻植株只在接种的针刺部位周围出现水渍状褐色病斑,腐烂程度轻微,说明突变体菌株Δflh DC和ΔfliA显著降低了对水稻植株上的致病力。进一步的表型测定结果显示,突变体菌株Δflh DC和ΔfliA与野生菌EC1在产生胞外致病酶、毒素以及引起烟草HR能力等方面没有显著差异。q RT-PCR分析结果显示,在突变体菌株Δflh DC中,flh D和flh C不表达,fli A和fli C的表达量较野生菌明显下降;而在突变体ΔfliA中,flh D、flh C和fli A均不表达,fli C表达明显下降。【结论】调控细菌鞭毛基因表达的主调控因子flh DC操纵子,以及表达鞭毛特异性因子σ~(28)基因fli A,是细菌鞭毛系统基因簇的重要组分。flhDC和fliA显著影响D.zeae的运动性和生物膜形成能力,并显著影响水稻种子的萌发功能,在水稻基腐病菌的致病性中起重要作用。     

细菌鞭毛染色的体会

鞭毛是细菌的一种特殊构造,是细菌的运动器官。同时也可借此鉴别细菌。在教学实验上,一直采用悬滴标本法检查其运动性来证明细菌是否有鞭毛。这种方法初学者很易将勃朗氏运动误认为是鞭毛运动,影响教学效果。为提高教学质量,让同学在光学显微镜下看到鞭毛,曾于1971年和1976年应用魏曦一张颍悟氏法实验阶。当时由于某些原     

枯草芽孢杆菌NCD-2对棉花根系分泌物L-脯氨酸响应的转录-蛋白质组学联合分析

【目的】棉花根系分泌物L-脯氨酸是影响生防菌株定殖的关键因素之一,前期研究发现L-脯氨酸能够提高枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）NCD-2生物膜形成能力。通过高通量测序技术分析L-脯氨酸调控枯草芽孢杆菌NCD-2生物膜形成和生防潜力相关的基因,为深入认识棉花根系分泌物与生防菌株的分子互作关系打下基础。【方法】以枯草芽孢杆菌NCD-2菌株为供试材料,外源添加浓度为10 mg·mL^-1的L-脯氨酸共培养24 h后,分别进行转录组（RNA-seq）和同位素标记相对定量蛋白质组技术（iTRAQ）分析,对所获得的转录组和蛋白质组数据进行生物信息学分析,利用实时荧光定量PCR（RT-qPCR）验证不同代谢通路中部分差异基因的表达情况。 【结果】转录组分析发现,L-脯氨酸和NCD-2菌株共培养后,获得1 071个差异表达基因（DEG）,其中602个基因上调,469个基因下调。GO分析发现在生物过程、细胞组分和分子功能方面分别有49、14和30个功能条目显著富集。KEGG代谢通路主要富集在化合物代谢、鞭毛组装、细菌运动和趋化作用。蛋白质组学分析发现,筛选到211个差异表达蛋白（DEP）,其中118个蛋白上调,93个蛋白下调。GO分析发现在生物过程和分子功能方面分别有13和8个功能条目显著富集。KEGG代谢通路主要富集在氨基酸代谢、碳水化合物类代谢、鞭毛组装和ABC转运蛋白。进一步转录-蛋白质组学联合分析发现,在L-脯氨酸作用下,检测到共有的显著差异表达基因（或蛋白）112个,其中38个基因（或蛋白）下调,74个基因（或蛋白）上调。GO功能显著富集主要集中在营养库活性、催化活性、细胞膜、定位、细胞脂质代谢过程、氧化还原过程、sigma因子活性、转运活性、芽孢形成9个方面。KEGG代谢通路主要富集在能量代谢、ABC转运蛋白、抗生素生物合成、鞭毛组装、运动或趋化作用和双组分系统方面。RT­qPCR验证了26个差异表达显著基因,结果发现在表达量上存在一定的差异,但表达趋势与RNA­seq和iTRAQ组学分析结果基本一致。【结论】棉花根系分泌物L-脯氨酸与枯草芽孢杆菌NCD-2之间的互作存在一个复杂的生物过程,依赖于不同代谢通路网络中的多个基因。双组分系统、抗生素生物合成、能量代谢、运动或趋化作用、鞭毛组装和ABC转运蛋白通路中的差异基因（或蛋白）可能在棉花根系分泌物与枯草芽孢杆菌互作过程方面发挥着重要作用。     

细菌鞭毛染色法的改良

鞭毛是细菌的运动器官,根据其生长的部位、数量可鉴别细菌的种类,是细菌的重要特征之一。细菌鞭毛的直径非常小(10～20nm)．一般光学显微镜难以观察．必须通过特殊染色才能见到,鞭毛染色往往受诸多因素影响,染色效果常不理想。有关细菌鞭毛染色法的研究,文献已有报道,但从作者多年的实验室摸索试验,仍有改进之处,现将结果报道如下。     

两个溶藻弧菌胞外多糖合成基因簇的生物信息学分析

溶藻弧菌是我国南方海水养殖最重要的病原菌之一。胞外多糖(EPSs)是细菌产生的一类具有复杂结构的多糖类物质,影响其致病性和环境适应力。基因组分析发现溶藻弧菌ZJ-51存在4个与胞外多糖合成有关的基因簇,笔者对其中2个基因簇CPS1357和CPS4543进行了生物信息学分析和实验验证。结果表明,基因簇CPS4543编码3个多糖外膜转运体系的同源蛋白Wza-Wzb-Wzc,而CPS1357编码的17个蛋白与多糖合成、转运以及调控有关。但通过染色实验、菌落形态观察和运动性分析证实这2个基因簇的缺失并不影响EPSs的合成、生物膜的形成、菌落形态及运动性。这可能是这2个基因簇在当前测试条件下受到抑制或需要特殊的环境因子诱导表达,对溶藻弧菌EPSs合成调控机制的研究,能更好地了解该病原菌在环境中的适应性。     

沙门菌鞭毛基因表达的相变换研究进展

沙门菌是目前研究较多的细菌之一,广泛分布于脊椎动物的肠道和很多种类的节肢动物中。大多数沙门菌为Ⅱ相菌株,具有鞭毛相变换的特征,这与其毒力和逃避宿主免疫监视有关。综述了沙门菌鞭毛相变换的研究进展,为进一步研究沙门菌的致病机制提供了理论依据。     

Length of the flagellar hook and the capacity of the type III export apparatus

Length determination in biology generally uses molecular rulers. The hook, a part of the flagellum of motile bacteria, has an invariant length. Here, we examined hook length and found that it was determined not by molecular rulers but probably by the amount of subunit protein secreted by the flagellar export apparatus. The export apparatus shares common features with the type III virulence-factor secretion machinery and thus may be used more widely in length determination of structures other than flagella.     

Flagellar adenosine triphosphatase from sea urchin sperm: properties and relation to motility

Adenosine triphosphatase activated by divalent cations is apparently a component of the motile apparatus in flagella of Arbacia sperm, as judged by the activity of this enzyme in intact flagella, glycerol-extracted flagella, and soluble extracts prepared from flagella. However, the variation in the physical properties and in the amount of enzyme obtained after a variety of treatments suggests that additional components are involved in the motile mechanism. These features distinguish the soluble flagellar enzyme from adenosine triphosphatases of other motile cells.     

The Chlamydomonas genome reveals the evolution of key animal and plant functions

Chlamydomonas reinhardtii is a unicellular green alga whose lineage diverged from land plants over 1 billion years ago. It is a model system for studying chloroplast-based photosynthesis, as well as the structure, assembly, and function of eukaryotic flagella (cilia), which were inherited from the common ancestor of plants and animals, but lost in land plants. We sequenced the approximately 120-megabase nuclear genome of Chlamydomonas and performed comparative phylogenomic analyses, identifying genes encoding uncharacterized proteins that are likely associated with the function and biogenesis of chloroplasts or eukaryotic flagella. Analyses of the Chlamydomonas genome advance our understanding of the ancestral eukaryotic cell, reveal previously unknown genes associated with photosynthetic and flagellar functions, and establish links between ciliopathy and the composition and function of flagella.     

Immune response to cholera toxin epitope inserted in Salmonella flagellin

Bacterial flagella are potent immunogens and aromatic-dependent (aro) Salmonella as live vaccines evoke humoral and cellular immune responses. Such strains expressing epitopes of protective antigens as inserts in flagellin would provide a novel way to vaccinate against diseases caused by unrelated pathogens. A synthetic oligonucleotide specifying an epitope of cholera toxin subunit B was inserted in a Salmonella flagellin gene. The chimeric flagellin functioned normally and the epitope was expressed at the flagellar surface. Parenteral administration to mice of an aro A flagellin-negative strain of S. dublin expressing the chimeric flagellin gene evoked antibody to cholera toxin.     

Gastrovascular system of small hydromedusae: mechanisms of circulation

Small medusae possess a circulatory system of narrow tubes subdivided into several compartments by functional "sphincters." Flow is activated by gastrodermal flagella twice as long as the diameter of the tubes. The flow may be reversed in any part of the system through pressure waves generated by muscular action of the gastric pouches. The combination of flagellar and muscular action provides an adjustable, low-pressure circulation.