一株盐单胞菌群体感应淬灭酶的筛选及其酶学性质的研究

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群体感应(quorum sensing,QS)广泛存在于众多细菌中,很多动植物病原菌的致病能力受群体感应系统调节,给农业生产造成较大损失。而以细菌群体感应系统为靶标的群体感应淬灭(quorum quenching,QQ)已被证明是防治这一类细菌性病害的有效策略。在群体感应淬灭研究中,已证实可降解信号分子的群体感应淬灭酶能有效干扰细菌的群体感应系统,并能通过构建转基因植物或基因工程菌的方法减轻病害。现有的群体感应淬灭酶尚未真正应用于农业生产,主要因为目前已发现的酶活性不足。因此需要寻找新的高活性酶资源,使之达到能实际应用的水平。  盐单胞菌是一类耐盐性较强的细菌,且对营养要求较低,因此易于适应各类环境并分布广泛。近年来,盐单胞菌被鉴定出具有群体感应淬灭活性,引起了研究人员的重视,但尚未有从盐单胞菌中克隆出群体感应淬灭酶相关基因的报道。  本文通过对一株已鉴定出具有群体淬灭活性的盐单胞菌构建基因组Fosmid文库,对文库进行其群体感应淬灭酶的筛选,进而通过构建阳性亚文库及后续筛选鉴定该菌株的群体感应淬灭酶。进一步对该酶进行外源重组表达,得到纯化的酶液,继而进行酶学性质的研究,为理解其作用机制及生理功能提供数据,为将其应用于生物防治打下基础。  本研究采用改良SDS-CTAB法提取了盐单胞菌Halomonas salaria高质量的基因组DNA,构建了该盐单胞菌的基因组Fosmid文库。经统计,该Fosmid文库共包含2200个克隆,其平均插入片段约为35 kb,估计其库容量约为77Mb,覆盖Halomonas salaria(以5Mb计算)基因组超过10倍。经验证,该Fosmid文库具有较高的质量及良好的稳定性,为下一步群体感应淬灭酶的筛选文库及该Fosmid文库其他研究应用奠定了基础。  利用生物感应器菌株的蓝白斑显色报告系统对构建的Fosmid文库进行群体感应淬灭酶阳性克隆的筛选,共计得到了3个Fosmid阳性克隆。分别对这些Fosmid阳性克隆构建亚文库,进一步筛选并均获得阳性亚克隆。通过对这些亚克隆测序并分析,最终得到了一个群体感应淬灭酶的基因序列。经生物信息学分析,该群体感应淬灭酶为AHL内酯酶,其理论分子量为29.2kDa,理论等电点为5.65,将其命名为AhlX。经Blast比对发现,AhlX的同源蛋白广泛存在于海洋细菌中,其在海洋生态环境中可能发挥着重要的生理功能。  通过对AHL内酯酶AhlX进行目的基因的克隆,外源重组表达及后续的分离纯化,获得纯化的AhlX酶液。经过检测,发现其能够降解多种不同碳链长度及侧链修饰的AHL分子,与盐单胞菌Halomonas salaria的能力相符合。  对纯化的AHL内酯酶AhlX进行了酶学性质的相关研究,发现AhlX最适反应pH为8.0左右,最适反应温度约为40℃。在浓度在1mmol/L时,Zn2+对其活性有较强的促进作用,EDTA和Co2+对酶活性有一定的促进作用,其他金属离子如Cu2+、Fe2+、Mg2+、Mn2+和Ca2+对酶活性有一定的抑制作用。AhlX对不同不同碳链长度及修饰的AHL分子均有较好的降解能力,无明显的偏向性。
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