专业前沿知识讲座综述论文

专业前沿知识讲座综述论文假单细胞株M18

专业：生物工程

姓名：陈莹

学号：20103304

假单胞菌株M18（Pseudomonas sp.M18）是从上海郊区甜瓜根际分离筛选到

的一株具有生物防治功能的假单胞菌新种，其生防作用部分归功于其分泌的包括

】假单胞菌株M18(Pseudomonassp. M18)是从甜瓜根际土壤中分离获得的一株对多种植物病原

菌具有显著拮抗作用的菌株,在菌群传感(quorum sensing)系统的调控下,能分泌吩嗪-1-羧酸(PCA)以及多种

吩嗪(phz)类衍生物的抗真菌物质。全局性因子GacA是M18菌株吩嗪类物质的合成与菌群传感系统的重

要调控因子,本文将就GacA对上述两者的调控做进一步研究。【方法】PCR基因扩增和测序研究M18菌株

中PCA合成基因簇,运用RT-PCR及构建phzA-lacZ转录融合手段研究M18菌株中两个phz 基因簇各自的转

录特征以及受全局性因子GacA的调控作用,运用翻译融合手段进一步研究M18菌株中GacA 对菌群传感系

统的调控作用。【结果】M18菌株的染色体中存在着两个PCA合成基因簇phzA1-G1和phzA2-G2,与铜绿假

单胞菌株(P.aeruginosa)PAO1的一致性达99%。但是,M18菌株phzA2-G2基因簇下游的非编码区与PAO1

菌株不同,存在着三段单位长度为144 bp的重复序列;在野生菌株M18中,phzA1-G1的转录水平明显高于

phzA2-G2,GacA促进phzA1-G1转录,抑制phzA2-G2转录,区别性地调控两个phz基因簇的转录,GacA在整

体上抑制phz基因簇的转录,与PAO1菌株中,GacA对phz的调控方式相反;gacA基因突变对菌群传感系统

中lux家族基因中的lasI表达量无显著影响,但正调控las系统下游的rhlI表达量,GacA对phz 基因簇表达

的调控部分通过菌群传感系统实现。【结论】在M18菌株和PAO1菌株中,GacA对吩嗪类产物合成的调控方

式相反,对菌群传感系统的调控也存在着差异性,这些差异可能是两个菌株在各自不同生境

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摘要

假单胞菌株M18（Pseudomonas sp.M18）是从上海郊区甜瓜根际分离筛选到

的一株具有生物防治功能的假单胞菌新种，其生防作用部分归功于其分泌的包括

藤黄绿脓菌素（pyoluteorin，Plt）和吩嗪-1-羧酸（phenazine-1-carboxylic acid，

PCA）在内的多个抗生物质。本研究试图在分子水平上了解M18菌株中phz合

成基因簇的组成及GacA对M18菌株phz合成基因簇及菌群传感系统的调控。本

研究内容主要包括三个方面：

第一方面，根据假单胞菌株M18兼有荧光假单胞菌和铜绿假单胞菌的遗传

学背景，而且假单胞菌株M18与铜绿假单胞菌均可以产生PCA，推测M18菌株

与铜绿假单胞菌具有类似的phz合成基因簇。据此，设计保守引物并扩增得到

M18的phz合成基因簇，序列分析显示，假单胞菌株M18与铜绿假单胞菌株PAO1 （Pseudomonas aeruginosa PAO1）中的phz合成基因簇高度相似，各功能基因的

同源性均在99%以上。但是，M18菌株phzA2-G2基因簇下游的非编码区与PAO1

菌株不同，存在着三段单位长度为144bp的重复序列，说明M18菌株与PAO1

菌株在遗传上存在着差异。

第二方面，运用RT-PCR及构建phzA-lacZ转录融合，研究了M18菌株中两

个phz基因簇的表达特点以及全局性因子GacA的调控作用。结果表明，在野生

菌株M18中，phzA1-G1的表达量要明显高于phzA2-G2，GacA促进phzA1-G1

表达，抑制phzA2-G2表达，区别性地调控两个phz基因簇的表达，但是，GacA

在整体上抑制phz基因簇的表达，这与PAO1菌株中，GacA对phz基因簇的调

控方式相反。

第三方面，进一步研究了M18菌株中GacA对菌群传感（quorum sensing）

系统的调控作用，表明gacA基因突变对菌群传感系统中lux家族基因中的lasI

表达量无显著影响，但正调控las系统下游的rhlI表达量。结合本实验室已有的

las及rhl系统对PCA的调控形式研究，说明GacA对phz基因簇表达的调控主

要不通过las及rhl菌群传感系统实现。在M18菌株和PAO1菌株中，GacA对

吩嗪类产物合成及菌群传感系统的差异性调控可能是两个菌株在各自不同生境期进化的结果。

I

假单胞菌株M18吩嗪合成基因簇表达调控

及其产物发酵优化研究

摘要

假单胞菌M18（Pseudomonas sp.M18）分离自上海郊区甜瓜根际，能够分泌

具有广谱抑菌活性的次生代谢物吩嗪-1-羧酸（phenazine-1-carboxylic acid，PCA），

是一株具有生物防治功能的新型菌株。现已证实PCA合成受到全局性双元调控

系统GacA/GacS、群体感应（Quorum sensing，QS）系统及环境条件等多种因素

的影响。本研究从分子水平上分析了M18菌株中phz合成基因簇的特点，阐明

了GacA/GacS和QS系统对M18菌株中吩嗪合成基因簇（phz）的调控作用；并

进一步从细胞水平上研究环境条件对PCA合成的影响，进而通过发酵培养基营

养组分的优化，分批发酵及流加发酵优化控制等策略逐步提高PCA产量，旨在

为实现PCA商业化应用提供理论依据和技术支持。主要包含三部分：

第一、确定菌株M18中含有两个吩嗪合成基因簇

假单胞菌株M18兼有荧光假单胞菌和铜绿假单胞菌的遗传学背景，而且假

单胞菌株M18与铜绿假单胞菌均可以产生PCA，推测M18菌株与铜绿假单胞菌

具有类似的phz合成基因簇。据此，设计保守引物并扩增得到M18的phz合成

基因簇及两侧序列，序列分析显示：假单胞菌株M18与铜绿假单胞菌株PAO1 （Pseudomonas aeruginosa PAO1）中的两个phz合成基因簇高度相似，结构基因

及两侧修饰基因的同源性均在99%以上；不同的是，M18菌株phz2基因簇的下

游多出三段144bp的重复序列。根据两个phz基因簇phz1和phz2上游调控区序

列的差异设计引物，以M18菌株为出发菌株分别构建phz1和phz2基因簇失活

突变株，研究菌株M18的两个phz基因簇的表达特点及对产物PCA合成的影响，

结果表明：phz2基因簇对PCA合成起主要贡献，且受环境条件影响。这意味着

假单胞菌M18虽与铜绿假单胞菌PAO1有较为相似的遗传学背景，但在调控PCA

的合成表达方面仍存在一定的差别。

第二、菌株M18吩嗪合成的分子调控机制（1）基于全局调控系统GacA/GacS中的gacA突变株M18G，分别构建了