集胞藻PCC6803染色體上的mnt-hepnl-relBE4-vapBCl TA系統(tǒng)簇研究.pdf

1、毒素-抗毒素系統(tǒng)(Toxin-antitoxin，TA system)由位于同一操縱子中分別編碼毒素蛋白和抗毒素蛋白的毒素基因和抗毒素基因構成。其編碼的毒素蛋白具有不同的生化活性，可通過影響翻譯、復制、細胞壁的生物合成等過程調控細胞的生長;抗毒素由N-末端的DNA結合結構域和C-末端的毒素結合結構域構成，可被依賴ATP的蛋白酶降解。在正常條件下，抗毒素通過毒素結合結構域與毒素相互作用形成復合體，拮抗毒素的細胞毒性;并通過N-末端的DNA

2、結合結構域介導抗毒素或毒素-抗毒素蛋白復合體與啟動子區(qū)域DNA序列結合，反饋調控操縱子的表達。在脅迫條件下，細胞中激活的蛋白酶降解抗毒素，因此TA系統(tǒng)轉錄上調，被釋放的毒素作用于相應的細胞過程抑制細胞生長。已證明一些TA系統(tǒng)作為脅迫反應因子，通過調控細菌生長使細胞適應不同的環(huán)境脅迫。具有獨特環(huán)境適應能力的藍細菌集胞藻PCC6803染色體上存在大量的TA系統(tǒng)，包括已鑒定的mnt/hepn，relBE，vapBC等TA系統(tǒng)家族，但這些TA系

3、統(tǒng)的生理功能尚不清楚。本文對PCC6803染色體上的mnt/hepn，relBE，vapBC家族中的mnt/hepn1，relBE4，vapBC1 TA系統(tǒng)的生理及遺傳特征進行了研究，主要內容包括:
　　(1)構建并分析mnt/hepn1，relBE4，vapBC1 TA系統(tǒng)缺失突變株、TA系統(tǒng)雙缺失突變株和TA系統(tǒng)同時缺失突變株在CdSO4、H2O2、正己烷脅迫條件下和無機碳饑餓等脅迫條件下的生長表型，確定這些TA系統(tǒng)在集胞藻細

4、胞適應特定的環(huán)境脅迫反應過程中的作用;
　　(2)以lacZ為報告基因，構建mnt/hepn1，relBE4，vapBC1 TA系統(tǒng)與lacZ融合轉錄的調控菌株/藻株，研究mnt/hepn1，relBE4，vapBC1 TA系統(tǒng)分別在大腸桿菌和集胞藻細胞中的反饋調控、在脅迫條件下的表達調控以及表達產(chǎn)物在細胞適應環(huán)境脅迫中的作用;
　　(3)構建受銅離子誘導調控的啟動子PpetE控制vapBC1組分過表達的集胞藻調控突變株，分

5、析在誘導毒素或毒素-抗毒素過表達時對藍藻細胞生長的影響以及對藍藻細胞適應環(huán)境脅迫的影響。
　　根據(jù)上述研究得到以下結論:
　　(1)分別屬于三個不同家族的TA系統(tǒng)mnt/hepn1-relBE4-vapBC1與集胞藻適應氧化、碳饑餓脅迫無關，mnt/hepn1系統(tǒng)可能與集胞藻適應有機溶劑有關;但vap BC1系統(tǒng)與藍藻細胞適應鎘脅迫有關，其編碼的抗毒素VapB1具有關鍵的作用。
　　(2) mnt/hepn1，relB

6、E4和vapBC1 TA系統(tǒng)的反饋調控模式不同于典型的TA系統(tǒng)，并且各自在異源宿主大腸桿菌和自源宿主集胞藻細胞中的反饋調控模式也不同;盡管vapBC1系統(tǒng)與集胞藻細胞適應鎘脅迫有關，但該系統(tǒng)的轉錄并不受鎘脅迫誘導調控。
　　(3)在正常生長條件下，可能由于過表達的毒素VapC1被尚待證明的與VapB1功能重疊的抗毒素所中和，毒素VapC1過表達并不導致集胞藻細胞生長抑制;在鎘脅迫條件下，抗毒素VapB1的過表達可提高集胞藻細胞適應