论文部分内容阅读
光现象对包括细菌在内的所有生命形式具有广泛的影响，比如，细菌的光抑制或光趋性等。同时，光也参与细菌的调控系统，影响细菌致病性。野油菜黄单胞菌（Xcc）是十字花科植物黑腐病的致病菌，通过序列分析发现，Xcc基因组中包含33个编码PAS结构域基因（PAS基因），涉及到了组氨酸激酶（HK）、Hybrid（HK/RR Hybrid）和GGDEF等几大功能类别。PAS结构域是一类重要的信号模块，其结构高度保守、序列差异较大，并能感应光、氧化还原电位、氧、某些小分子物质和细胞能量水平等变化。本研究首先运用三种预测工具对Xcc中的PAS结构域进行了二级结构预测，对有差异的预测结果，我们选取共同二级结构预测区作为最终结果，然后运用clustalX2.0对PAS结构域进行了基于二级结构的聚类分析。首先聚类分析了16个已知功能的PAS结构域，包括1个与电势信号相关、1个与红光信号相关、3个与氧信号相关和11个与蓝光信号相关的结构域，并对这些PAS结构域的氨基酸序列进行了进化分析；然后，将其同Xcc的PAS结构域一并实施了聚类分析。结果显示，16个已知PAS被较好地按照功能归类，从已知的三维结构比对中，我们不仅确证了聚类的结果，同时发现了某类PAS的活性位点和可能活性区域。据此，6个光感应相关类别和1个氧感应相关类别在一并聚类分析中被发现。为了更加深入地了解Xcc中PAS的功能，我们将全部33个PAS基因逐一进行了基因敲除，对所得突变体进行了一系列的检测，包括生长、游动性和致病性等，并将检测结果与聚类分析结果逐一比对，结果大部分相吻合。通过本研究，我们归纳了基于二级结构分析蛋白结构域功能的高效和准确的方法，在Xcc的PAS结构域分析中，一共发现13个PAS基因与感应或传导光信号相关，编码包括4个HK，5个Hybrid和4个GGDEF蛋白，其中4个(XC1476、XC1037、XC3829和XC2324与致病性有关。XC3829是一GGDEF家族蛋白，对应突变体的致病性仅在弱光照条件下减弱，其蛋白结构中除了一个GGDEF结构域外，还包括两个PAS结构域和一个PAC结构域。在蛋白水平的体外酶活检测中，GGDEF结构域的DGC（Diguanylatecyclase）酶活大部分依赖于上游序列，全长蛋白的酶活在弱蓝光条件下（30μW/cm2）最强，其他光照和黑暗条件下，酶活均较弱。XC3829的第一个PAS结构域与FMN互作，第二个PAS结构域能够感应光而抑制酶活。因此，两个PAS结构域相互协调地感应光信号，实现了对蛋白功能的精细调控。