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《浙江大学》 2013年
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细菌ACC脱氨酶基因表达载体的构建及转化和草螺菌泛基因组学及ACC脱氨酶基因的分析

叶舒婷  
【摘要】:1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)是植物合成乙烯的直接前体。ACC脱氨酶催化分解ACC生成α-酮丁酸和氨。有ACC脱氨酶的微生物能分解植物产生的ACC,降低植物在逆境下产生胁迫乙烯的水平,从而缓解植物在逆境下遭受的生长抑制,减轻病原菌导致的病症。本研究克隆了7个细菌的ACC脱氨酶结构基因(acdS),构建了acdS的原核表达载体,对草螺菌属(Herbaspirillum)细菌的泛基因组和ACC脱氨酶基因进行了分析。 本研究从ACC脱氨酶活性不同的伯克氏菌属(Burkholderia)、(?)单胞菌属(Pseudomonas)、草螺菌属和中慢生根瘤菌属(Mesorhizobium)细菌中克隆了acdS,构建了7个acdS表达载体pBBRacdS并转化农杆菌C58Cl。(?)得的农杆菌工程菌中,acdS来源于Burkholderia和Herbaspirillum的工程菌表现出ACC脱氨酶活性,且活性高低与相应来源菌株的活性有一定相关性;而acdS来源于Mesorhizobium和Pseudomonas的工程菌没有ACC脱氨酶活性,可能是农杆菌中不具备来源菌株中acdS的表达调控机制。 本研究通过高通量测序获得了5个致病Herbaspirillum菌株Os34、Os38、Os44. Os45和Os49的基因组草图序列,与促植物生长菌株H. seropedicae SmRl的基因组相比有一定差异。用GGDC(Genome-to-Genome Distance Calculator)分析发现这5个Os菌株不属于H. seropedicae种。 用PGAP (Pan-Genomes Analysis Pipeline)对5个Os菌株和Herbasp irilum属的SmR1、GW103、CF444、YR522、P6-12的基因组进行泛基因组学分析发现Herbaspirillum属菌株具有开放型的泛基因组;随着基因组数目的增加,核心基因数目趋于稳定。 ACC脱氨酶基因是Herbaspirillum属细菌的核心基因。对Hlerbaspirillum属菌株ACC脱氨酶氨基酸序列的系统发育分析显示5个Os菌株、SmRl、GW103和YR522菌株的ACC脱氨酶氨基酸序列的系统发育地位与它们的分类地位不符,与其他细菌ACC脱氨酶的亲缘关系很远;用Sigi-HMM和IVOM预测没有发现5个Os菌株和SmR1的ACC脱氨酶基因簇在基因组岛内,不支持它们的ACC脱氨酶基因是通过水平转移获得的,有可能是ACC脱氨酶同源蛋白的基因在进化中发生突变而导致编码特殊的ACC脱氨酶。 本研究构建的组成型表达acdS的农杆菌工程菌可能通过降低植物产生乙烯的水平而减弱植物的防卫反应,增强侵染植物的能力,延缓外植体衰老,提高农杆菌介导的植物转化效率。acdS表达载体pBBRacdS还可以导入到其他植物促生细菌,用于帮助植物抗逆,也可以导入到根瘤菌中,提高根瘤菌的结瘤能力 研究发现5个Herbaspirillum Os菌株的ACC脱氨酶表现出不同寻常的特性,值得进一步研究它们的结构和功能及表达调控机制。这些Herbaspirillum致病Os菌株可能属于一个新种,进一步的比较基因组学分析将找到它们和不致病菌株SmR1在基因组上的差异,在基因组水平揭示Os菌株致病和SmR1不致病的遗传机制。
【学位授予单位】:浙江大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:Q78

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