DegU和Spo0A影响根际促生菌Paenibacillus polymyxa SC2的抗菌物质和生物膜形成的机理研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31770115
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    55.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0106.微生物与环境互作
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Paenibacillus polymyxa is widely used in agriculture, because of its promoting plant growth. But little is known about its genetic mechanism. Strain SC2 can effectively promoting many kinds of plant growth, such as pepper, garlic, cucumber, cotton and apple tree etc.. And it can great reduce soil borne diseases. Then we sequenced the wild strain whole genome, analysis results show the majority of genes involved in plant-growth promotion and synthetic antibiotic. These genes responsible for indole-3-acetic acid production, mineral phosphate and phosphonate solubilization, and synthesis of specific antimicrobial non-ribosomal peptides, involved in fusaricidin, polymyxin, iturin, lantibiotic, bacillorin, polyketides and bacitracin. In laboratory condition, we discovered and isolated two spontaneous mutants, which name is SC2-M1 and SC2-M2 based on their different colony morphology on LB agar. More importantly, both SC2-M1 and SC2-M2 lost their ability to form endospores, motility, synthesis extracellular polysaccharide, antagonistic ability and forming biofilm, seriously affect the application in agriculture. Comparative and analyses of strain SC2 and its spontaneous mutants transcriptome, gene degU and spo0A are found point mutation in the mutants. DegU can regulate the expression of about more than 170 genes in the Bacillus subtilis, and it is an important regulatory factor. Which regulate several postexponential processes, such as competence for DNA uptake, bacterial motility, and degradative enzyme synthesis. The regulatory protein Spo0A regulates spore formation and is closely related to biofilm formation in B. subtilis. So we hypothesize that DegU and Spo0A may be directly related to the formation of antifungal substances and biofilm formation in strain SC2. This study will be using complementation experimental to elucidate the important role in vivo, and to clarify the phosphorylation level of DegU and Spo0A influencing on antibiotic synthesis and biofilm forming. We will be testing whether DegU or Spo0A is combined with fusA, epsA and bslA promoters using EMSA, and detecting the fusA, epsA and bslA gene expression of recombinant strains using quantitative PCR(qPCR) method. This study will be illustrating the important role of regulator DegU and Spo0A in P. polymyxa SC2 . This is a great significance for the better utilization of SC2 strain in agriculture and the understanding of its genetic characteristics.
Paenibacillus polymyxa SC2是一株本实验室分离的PGPR,田间应用效果显著,培养中发现并分离两个自发突变株SC2-M1和SC2-M2,它们丧失了抗生素产生和生物膜形成等能力,严重影响了其应用。转录组分析发现,突变株中degU和spo0A基因发生点突变。推测DegU和Spo0A在SC2中可能与抗生素合成和生物膜形成有直接关系。本研究拟通过互补实验在Paenibacillus polymyxa SC2菌体细胞中鉴定degU 和spo0A 基因功能,阐明其磷酸化水平对抗生素合成和生物膜形成的影响;利用凝胶阻滞检测DegU与fusA,epsA 和 bslA 启动子的结合,结合荧光定量PCR检测重组菌株的fusA,epsA 和 bslA基因表达情况,探究调节因子DegU和Spo0A在SC2菌株中的调节作用。该研究结果对于更好地利用SC2菌株及了解其遗传特性具有重要意义。

结项摘要

本文以多粘类芽孢杆菌SC2为研究材料,利用Motif-x分析并鉴定了野生菌株SC2及其自发突变株SC2-M2的磷酸化修饰肽段的motif,确定所有鉴定位点的11%存在于共有基序xSxS中。DegU的Thr239是一个保守的功能位点和磷酸化修饰位点。DegU和AbrB3蛋白均直接结合fus启动子区域且影响其转录,DegU作为一种正调控因子,而AbrB3作为一种负调控因子来影响杀镰孢菌素的合成。首次发现DegU有两个启动子,经GFP标记,两者都能产生荧光信号且荧光强度无显著差异,两个启动子都有活性。.通过chip-seq构建了DegU调控网络图,结果表明DegU参与了多种生物过程,包括生物膜的形成,细胞运动,信号转导,遗传信息处理,非核糖体肽生物合成,杆菌肽生物合成和芽孢形成。生物学试验证明DegU与bglp1、PPSC2_RS45905和PPSC2_RS49165相互作用,负调控生物膜的形成;DegU与bglp1、PPSC2_RS45905相互作用负调控多粘菌素的合成、鞭毛的形成,正调控杀镰孢菌素的合成。同时,DegU受PPSC2_RS45905的负调控,DegU正调控yjiN的表达。.通过蛋白质组学分析,绘制了Spo0A预测调控网络图,生物学试验证明Spo0A正调控杀镰孢菌素、多糖的合成,芽孢形成和运动性。同时,Spo0A负调控AbrB、SinR和Abh的表达水平。Spo0A正调控芽孢的形成,高磷酸化水平的Spo0A促进芽孢的形成,低磷酸化水平降低芽孢的形成。Spo0A参与调控生物膜的形成,高磷酸化修饰不利于生物膜的形成,低磷酸化修饰有利于生物膜的形成。Spo0A正调控多粘菌素的合成,高磷酸化水平有利于多粘菌素产生。.该研究解析了DegU和Spo0A在分子水平上调控SC2生物膜形成、杀镰孢菌素和多粘菌素的合成机理;首次报道了多粘类芽孢杆菌的bglp1、PPSC2_RS45905和PPSC2_RS49165为细胞膜蛋白,且与DegU互作,负调控生物膜的形成,正调控杀镰孢菌素的合成。研究结果为SC2菌株能够在植物根际有效定植,并起到促生和防治植物病害发生的作用提供了理论依据。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(1)
Interactional mechanisms of Paenibacillus polymyxa SC2 and pepper (Capsicum annuum L.) suggested by transcriptomics
转录组学揭示多粘类芽孢杆菌 SC2 与辣椒 (Capsicum annuum L.) 的相互作用机制
  • DOI:
    10.1186/s12866-021-02132-2
  • 发表时间:
    2021-03-04
  • 期刊:
    BMC Microbiology
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Liu H;Li Y;Ge K;Du B;Liu K;Wang C;Ding Y
  • 通讯作者:
    Ding Y

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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