滨海耐盐植物田菁根瘤菌YIC4027典型趋化受体的功能研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王艺璇 |
| 答辩日期 | 2021-04-30 |
| 文献子类 | 硕士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院烟台海岸带研究所 |
| 导师 | 解志红 |
| 关键词 | Ensifer alkalisoli YIC4027 趋化 趋化受体 功能,共生 Chemotaxis Chemoreceptor Function Symbiosis |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 海洋生物学 |
| 其他题名 | Functional Analysis of the Typical Chemoreceptors in YIC4027 with Coastal Salt-Tolerant Plant Sesbania cannabina |
| 英文摘要 | 田菁（Sesbania cannabina）属于滨海盐渍地改良的先锋豆科植物，能与根瘤菌属（Rhizobium）、剑菌属（Ensifer）等不同属的根瘤菌进行共生互作。Ensifer alkalisoli YIC4027分离于黄河三角洲区域的田菁根际，具有良好的促生固氮能力以及严格宿主特异性，并且占据主导地位。田菁根瘤菌能够与田菁共生固氮，可增加田菁对土壤氮素匮乏的耐受程度，促进其生长发育，所以田菁-根瘤菌共生改良体系对助力滨海盐渍地改造具有重要意义。根瘤菌与宿主田菁共生体系的建立首先是根瘤菌通过趋化作用到达植物根部，然后通过一系列的相互作用，最后形成侵染腔，共生结瘤。因此，趋化作用在共生结瘤、细菌识别等过程中具有重要作用。在细菌的趋化通路中，趋化受体负责感应外界化学刺激并实现信号放大，其分为跨膜趋化受体及可溶性趋化受体。YIC4027与田菁共生时表现出明显的宿主特异性，且在田菁根瘤菌菌群丰度上占有很大优势，但其趋化信号转导途径和共生特异性机制的研究还未见报道，这亟需开展相关研究进行探讨。本文对E. alkalisoli YIC4027的趋化受体基因及相关蛋白序列进行了比较分析，鉴定了跨膜趋化受体CDS_1340、CDS_2131、CDS_4153和可溶性受体CDS_2666的功能，为揭示菌株YIC4027与宿主普通田菁的共生机制奠定了基础。主要的研究内容有：利用生物信息学相关技术对YIC4027的基因组序列进行分析，找出特定的趋化受体蛋白，预测其相关功能；利用三亲结合方法构建了4个趋化受体的基因敲除菌株以及回补菌株，并对其相关功能进行了鉴定，主要的研究结果如下：（1）E. alkalisoli YIC4027趋化受体分析。生物信息学分析结果表明，E. alkalisoli YIC4027有2个趋化基因簇，共有13个趋化受体，且含有不同的信号传感结构，其中10个是跨膜趋化受体，3个是可溶性受体，其中仅有一个具有PAS结构域，并且PAS结构域与FAD辅基相结合来感受氧化还原状态。此外，所有趋化受体的胞内部分高度保守，其胞质结构域除了CDS_5173是由40个七肽重复序列组成，其余都是由36个七肽重复序列组成，且具有保守的核心区域以及甲基化位点。甲基酯酶CheR属于非五肽依赖型，趋化簇的启动子经预测显示为σ54型。（2）4个趋化受体突变株对E. alkalisoli YIC4027的基本生长特性无显著影响。首先敲除了菌株YIC4027中4个趋化受体编码基因CDS_1340、CDS_2131、CDS_4153和CDS_2666，分别获得了突变体Δ1340、Δ2131、Δ4153和Δ2666。对突变体的基本生理参数进行测定，包括菌株的生长能力情况以及菌株的耐盐性检测。菌株生长能力结果显示，突变株的生长速率曲线与野生型无显著差异，两者的生长能力一致。菌株耐盐性的结果表明，4个突变株与野生型的生长能力基本一致，无显著差异，在1-4%的NaCl浓度下能正常生长。（3）趋化受体CDS_2131和CDS_2666在E. alkalisoli YIC4027的趋化过程中发挥作用。趋化能力检测主要包括对普通田菁的根系分泌物的趋化能力、对化学信号物质的趋化能力检测以及对趋氧能力检测。对普通田菁的根系分泌物趋化能力的检测结果显示突变株Δ2131和Δ2666的趋化能力低于野生型，分别低34.7%和83.4%，说明突变株Δ2666对根系分泌物的感应受损能力更加明显；突变株Δ2131和Δ2666分别对不同的信号物质产生不同程度的缺失响应，突变株∆2131在以脯氨酸为碳源的平板上趋化能力缺失最为严重，突变株∆2666在以丁二酸和柠檬酸为碳源的平板上趋化能力缺失最为严重；趋氧实验表明突变株Δ2666感应氧气的能力减弱。（4）趋化受体CDS_2131和CDS_2666影响E. alkalisoli YIC4027的自生状态。自生状态能力检测主要包括细胞凝结、生物膜含量、胞外多糖产量以及过氧化氢胁迫。在寡营养的条件下进行凝结实验的结果表明Δ2131和Δ2666的絮凝能力增强，在培养前期分别提升了57.5%和60.0%，但到后期与野生型无显著差异。通过结晶紫染色的方法观察并检测生物膜的生成量，结果表明突变株Δ2131和Δ2666的生物膜产量分别高于野生型68.2%和87.2%。对胞外多糖（EPS）的产量进行检测，结果显示在不同碳源的培养基上菌落形态不一，且突变株Δ2131和Δ2666的胞外多糖产量均高于野生型和回补菌株。利用过氧化氢胁迫实验检测对活性氧的抵抗能力，其结果与胞外多糖的结果相符，野生型的存活率为26%，突变株Δ2131和Δ2666的存活率分别为41%和45%。（5）趋化受体CDS_2131和CDS_2666影响与宿主田菁共生体系的建立。经共生状态能力检测，突变株Δ2131和Δ2666的定殖能力和竞争性结瘤能力均弱于野生型和回补菌株，表明CDS_2131和CDS_2666参与了根瘤菌与宿主田菁的互作。接种野生型与突变株培养普通田菁，结果表明田菁的生长情况无显著差别。综上所述，本研究发现YIC4027编码数量较多的趋化受体基因，且具有不同类型的配体结构域，表明其可能具有复杂的趋化信号传导网络；鉴定了两个趋化受体CDS_2131和CDS_2666的功能：影响细菌运动，进而影响根系定殖能力及结瘤能力。一方面不仅丰富了对趋化受体功能的认知，并且初步揭示了趋化受体蛋白影响YIC4027与宿主田菁的共生过程；另一方面增进了对根瘤菌-田菁共生改良体系建立机制的认识，为滨海盐渍地的生物改良模式提供了理论依据。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 81 |
| 源URL | [http://ir.yic.ac.cn/handle/133337/34404]  |
| 专题 | 烟台海岸带研究所_中科院烟台海岸带研究所知识产出 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王艺璇. 滨海耐盐植物田菁根瘤菌YIC4027典型趋化受体的功能研究[D]. 中国科学院烟台海岸带研究所. 中国科学院大学. 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：烟台海岸带研究所
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