シグマ54因子により制御される土壌細菌の硫黄獲得機構の解析

sigma 54因子控制土壤细菌吸硫机制分析

基本信息

批准号：
07J04272
负责人：
高妻篤史
金额：
$ 0.58万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は土壌細菌pseudonomas putida DS1株においてシグマ54依存性の転写因子(SfnR)により制御される硫黄獲得機構を解明するために実施したものである。具体的には、DS1株の有する有機硫黄化合物(ジメチルスルホン)代謝系遺伝子群(sfia遣伝子群)が硫酸イオン欠乏に応答して発現するメカニズムの解析を行った。本研究開始時点では、ジメチルスルホンの代謝に関与するオペロン(SfnFG)の転写はSfnRによって直接活性化されること、またsfnRの発現にはLysR-typeの転写因子(CysB)が必要であることのみが明らかとなっていた。しかしSfn遺伝子群の発現にはSfhRとCAB以外の因子も関与することが予想されたため、そのような因子の探索をDS1株に対するトランスポゾン挿入変異により行った。その結果、新たにジメチルスルホン代謝に必要な遺伝子としてリン酸基転移酵素遺伝子と相同性を示す遺伝子ptsPを単離した。さらにptsP破壊株を用いた解析から、ptsPがsfnFGの硫酸飢餓応答性に必要であることを示した。以上の成果は2007年にFEMSMicrobiology Lettersにて発表した。またSfnRを含むオペロン(sfnECR)の転写がSfhR自身により抑制されること、およびsfnECR〜の転写活性化はCysBにより直接行われることを示した。またCysBが遣遺伝子群の硫酸飢餓応答において最上位に位置する転写因子(master regulator)であると考えられた。これによりCysBとSfnRによるSfh遺伝子群の転写カスケードが明らかとなった。さらにsfn遺伝子群の転写がどのようなシグナル分子により抑制されるのかについても解析を行った。sfn遺伝子群の転写は硫酸イオンの添加により抑制されるため、硫酸イオンもしくはその代謝産物が転写抑制を行うシグナル分子であることが予想された。そこで硫酸イオン代謝経路の破壊株を作製し、各破壊株で蓄積する硫酸イオンもしくはその代謝産物によりsfnFGまたはsfnECRの発現が抑制されるかどうかを解析した。その結果、sfnFGの発現は硫酸イオン自身により抑制されることが示唆された。従って、SfnR(sfitFGの転写活性化因子)が硫酸イオンの認識に関与している可能性が考えられた。またsfnECRの発現は硫酸イオンの下流代謝産物(スルフィドイオンもしくはシステイン)により抑制されることが示唆された。これによりCysB(sfiaECRの転写活性化因子)上記の研究成果により、申請した研究目的をほぼ達成することができた。

本研究旨在阐明土壤细菌恶臭假单胞菌 DS1 菌株中 sigma-54 依赖性转录因子（SfnR）调控的硫获取机制。具体而言，我们分析了DS1菌株所拥有的有机硫化合物（二甲砜）代谢基因组（sfia基因组）响应硫酸根离子缺乏而表达的机制。在这项研究开始时，唯一的证据是参与二甲砜代谢的操纵子（SfnFG）的转录是由SfnR直接激活的，并且sfnR的表达需要LysR型转录因子（CysB）。已经变得清晰了。然而，由于预计除SfhR和CAB之外的因子也参与Sfn基因组的表达，因此我们通过DS1菌株中的转座子插入突变来寻找这些因子。结果，我们新分离出了与磷酸转移酶基因同源的基因ptsP，作为二甲砜代谢所需的基因。此外，使用 ptsP 破坏菌株进行的分析表明，sfnFG 对硫酸盐饥饿的反应需要 ptsP。上述结果发表在2007年的FEMSMicrobiology Letters上。我们还表明，含有SfnR的操纵子（sfnECR）的转录受到SfhR本身的抑制，并且sfnECR~的转录激活是由CysB直接进行的。 CysB也被认为是该基因组硫酸盐饥饿反应中水平最高的转录因子（主调节因子）。这揭示了 CysB 和 SfnR 对 Sfh 基因的转录级联反应。此外，我们分析了什么样的信号分子抑制了sfn基因组的转录。由于添加硫酸根离子会抑制sfn基因组的转录，因此预测硫酸根离子或其代谢物是抑制转录的信号分子。因此，我们创建了硫酸根离子代谢途径被破坏的菌株，并分析了 sfnFG 或 sfnECR 的表达是否受到硫酸根离子或其在每个破坏菌株中积累的代谢物的抑制。结果表明 sfnFG 表达受到硫酸根离子本身的抑制。因此，认为SfnR（sfitFG转录激活子）可能参与硫酸根离子的识别。还表明 sfnECR 的表达受到硫酸根离子（硫离子或半胱氨酸）下游代谢物的抑制。结果，CysB（sfiaECR转录激活因子）的上述研究成果使我们几乎达到了我们申请的研究目标。