产酶溶杆菌中小分子化学信号4-HBA调控抗菌物质HSAF合成的机制研究

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31872016
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1406.生物防治
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

HSAF (Heat-stable antifungal antibiotic) is a secondary metabolite with a broad-spectrum antifungal activity produced by Lysobacter enzymogenes, a biological control agent. HSAF has a chemical structure different from any existing antifungal drugs and shows a novel mode of action and a unique biosynthetic mechanism. HSAF is also safe to plants, animals and environment. These unique features undoubtedly confer HSAF to be an ideal candidate for developing bio-pesticide in agriculture. In our previous works, we identified 4-HBA (4-hydroxybenzoic acid) as a new diffusible molecule produced by strain OH11 to control HSAF production. In strain OH11, LenB2 encodes an oxygenase and converts chorismate, the end-product shikimate pathway, to 4-HBA. For functional performance, 4-HBA directly interacts with its receptor protein, LysR (a transcription regulator with DNA binding domain) to help the binding of LysR to pHSAF (promoter region of the HSAF biosynthetic gene operon), leading to a precise regulation of HSAF biosynthesis in L. enzymogenes OH11. These findings reveal that 4-HBA is a diffusible molecule connecting metabolic shikimate pathway to a unique antifungal metabolite HSAF biosynthesis in bacteria. In this project, we found that LysR could specifically interact with L. enzymogenes YajQ, whose homolog proteins are known to mediate virulence of bacterial pathogens. The role and working mechanism of YajQ family proteins have never been documented in Lysobacter and other bacterial biological control agents. Notably, we further found that the YajQ-LysR interaction enhances the binding of LysR to pHSAF in vitro and facilities HSAF production in vivo, but the underlying mechanism remains poorly understood. Here, we aimed to understand: (i) how LysR and YajQLe interact; (ii) what is the biochemical basis and genetic significance for YajQ to enhance the binding of LysR to pHSAF; and (iii) if 4-HBA has an important role in YajQ-LysR-pHSAF interaction or triplet complex formation. If yes, what is the underlying mechanism and whether this molecular effect contributes to the production of antimicrobial factors, i.e. HSAF expressed by L. enzymogenes OH11. Our results are expected to reveal a new 4-HBA-mediated regulatory mechanism in Lysoabcter, and are also greatly beneficial for improvement HSAF production by engineering the 4-HBA regulatory network in L. enzymogenes.
HSAF是生防产酶溶杆菌中新发现的一种结构新颖、生物合成和作用方式独特、对环境安全、广谱抗真菌和卵菌的次生代谢产物。4-HBA(4-羟基苯甲酸)是菌株OH11中发现的一种新型小分子化学信号。该信号与下游受体转录因子LysR互作,有利于LysR结合在HSAF合成基因簇的启动子区(pHSAF),指导该基因簇的表达。本项目新发现菌株OH11体内的YajQ蛋白能与LysR互作。通过这种互作,YajQ能显著增强LysR结合pHSAF的能力,促进HSAF的合成。本项目旨在深入解析YajQ与LysR互作分子机制;阐明YajQ增强LysR-pHSAF复合物形成的生化基础及遗传学意义;探明4-HBA对YajQ-LysR-pHSAF互作的影响、作用机制及其对HSAF等生防因子形成的贡献。研究结果将以溶杆菌为材料揭示4-HBA发挥调控功能的新机制,也有助于通过分子改良4-HBA信号网络来提升HSAF的产量。

结项摘要

4-HBA(4-羟基苯甲酸)是产酶溶杆菌OH11中发现的一种新型小分子化学信号。该信号与下游受体转录因子LysR互作,有利于LysR结合在HSAF合成基因簇的启动子区(pHSAF),指导该基因簇的表达。本项目前期发现菌株OH11体内的YajQ蛋白能与LysR互作。通过这种互作,YajQ能显著增强LysR结合pHSAF的能力,促进HSAF的合成。本项目旨在深入解析YajQ与LysR互作的分子机制;阐明YajQ增强LysR-pHSAF复合物形成的生化基础及遗传学意义;探明4-HBA对YajQ-LysR-pHSAF互作的影响、作用机制及其对HSAF等生防因子形成的贡献。. 项目利用蛋白质亲和层析在菌株OH11鉴定了一个c-di-GMP的新受体蛋白YajQ(后命名为CdgL)。研究发现CdgL能与4-HBA的受体蛋白LysR特异性结合形成CdgL-LysR的蛋白复合物。该蛋白复合物能显著增强LysR直接结合在HSAF合成基因簇启动子区的能力,促进HSAF合成基因表达并提升HSAF产量。C-di-GMP结合CdgL或4-HBA结合LysR均能解离CdgL-LysR-DNA这个三者复合体,通过释放CdgL或LysR来解除其对HSAF合成的促进作用,实现c-di-GMP和4-HBA对HSAF合成协同调控,由此揭示了是生防细菌中两种截然不同的小分子化学信号交叉对话的一种新途径。. 上述基础研究新发现在PLoS Pathogens, Environmental Microbiology等领域内主流刊物上共发表项目标注的SCI论文12篇。在此基础上,本项目通过敲除菌株OH11体内的c-di-GMP合成酶来解除c-di-GMP对HSAF合成的抑制作用,结合发酵优化,提升HSAF产量150倍,据此创制了HSAF的凝胶剂和种衣剂,授权国家发明专利2项,加速了HSAF作为绿色生物农药创制的进程。

项目成果

期刊论文数量(12)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Functional divergence of flagellar type III secretion system: A case study in a non-flagellated, predatory bacterium.
鞭毛 III 型分泌系统的功能分歧:非鞭毛捕食性细菌的案例研究
  • DOI:
    10.1016/j.csbj.2020.10.029
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Computational and structural biotechnology journal
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Fulano AM;Shen D;Zhang EH;Shen X;Chou SH;Minamino T;Puopolo G;Qian G
  • 通讯作者:
    Qian G
Clp is a "busy" transcription factor in the bacterial warrior, Lysobacter enzymogenes.
Clp 是细菌战士溶酶杆菌中的一个“忙碌”转录因子
  • DOI:
    10.1016/j.csbj.2021.06.020
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Computational and structural biotechnology journal
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Xu K;Lin L;Shen D;Chou SH;Qian G
  • 通讯作者:
    Qian G
A non-flagellated, predatory soil bacterium reprograms a chemosensory system to control antifungal antibiotic production via cyclicdi-GMPsignalling
一种无鞭毛的捕食性土壤细菌重新编程化学感应系统,通过环二 GMP 信号控制抗真菌抗生素的产生
  • DOI:
    10.1111/1462-2920.15191
  • 发表时间:
    2020-09-09
  • 期刊:
    ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Xu, Kangwen;Shen, Danyu;Qian, Guoliang
  • 通讯作者:
    Qian, Guoliang
Lysobacter enzymogenes antagonizes soilborne bacteria using the type IV secretion system
溶酶杆菌利用 IV 型分泌系统拮抗土传细菌
  • DOI:
    10.1111/1462-2920.15662
  • 发表时间:
    2021-07-14
  • 期刊:
    ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Shen, Xi;Wang, Bingxin;Qian, Guoliang
  • 通讯作者:
    Qian, Guoliang
An intrinsic mechanism for coordinated production of the contact-dependent and contact-independent weapon systems in a soil bacterium.
土壤细菌中协调生产接触依赖和接触无关武器系统的内在机制
  • DOI:
    10.1371/journal.ppat.1008967
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    PLoS pathogens
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Yang M;Ren S;Shen D;Yang N;Wang B;Han S;Shen X;Chou SH;Qian G
  • 通讯作者:
    Qian G

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其他文献

Identification and characterisation of two novel DSF-controlled virulence-associated genes within the nodB-rhgB locus of Xanthomonas oryzae pv. oryzicola Rs105
米黄单胞菌 nodB-rhgB 基因座内两个新型 DSF 控制的毒力相关基因的鉴定和表征。
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Phytopathology
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    吴桂春;张玉强;钱国良;刘凤权
  • 通讯作者:
    刘凤权
水稻细菌性条斑病菌中受DSF调控的鞭毛基因flgD、flgE的功能分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    微生物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    殷芳群;赵延存;刘春晖;钱国良;范加勤;胡白石;刘凤权
  • 通讯作者:
    刘凤权
产酶溶杆菌OH11双精氨酸转运系统关键基因tatC的功能分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    中国生物防治学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    徐菲菲;钱国良;汪郁兰;张娟;范加勤;胡白石;刘凤权
  • 通讯作者:
    刘凤权
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单独的 LuxR 在生物防治剂产酶溶杆菌菌株 OH11 中的作用
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    Phytopathology
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    钱国良
  • 通讯作者:
    钱国良
产酶溶杆菌emrpfG/em基因的克隆与功能分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    南京农业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘轶儒;徐菲菲;钱国良;范加勤;胡白石;刘凤权
  • 通讯作者:
    刘凤权

其他文献

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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

        graph TD
          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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