集胞藻PCC6803染色體上毒素-抗毒素基因ssr3532-slr2080和sll2006-sll2007的研究.pdf

1、TA系統(tǒng)一般由雙元操縱子編碼的毒素蛋白和不穩(wěn)定的抗毒素蛋白構(gòu)成。具有不同生化活性的毒素作用于特定細(xì)胞靶標(biāo)，調(diào)控細(xì)胞的生長速度。抗毒素由DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域和毒素結(jié)合結(jié)構(gòu)域構(gòu)成，分別結(jié)合與TA操縱子啟動子的調(diào)控序列和相應(yīng)抗毒素蛋白，反饋調(diào)控TA操縱子轉(zhuǎn)錄和毒素的生化活性。因此，抗毒素在轉(zhuǎn)錄水平和蛋白水平上調(diào)控TA系統(tǒng)活性。依賴ATP的蛋白酶Lon和Clp能降解抗毒素，并調(diào)控抗毒素在細(xì)胞中的水平。根據(jù)毒素氨基酸系列和二級結(jié)構(gòu)的相似性，將TA系統(tǒng)

2、分為多個不同的家族。不同家族的TA系統(tǒng)廣泛存在于原核生物基因組中。已證明一些細(xì)菌染色體上的TA系統(tǒng)作為脅迫反應(yīng)因子，介導(dǎo)細(xì)胞適應(yīng)一種或一類脅迫。具有獨特適應(yīng)能力的藍(lán)藻染色體上存在有大量同源的TA系統(tǒng)，這些冗余的TA系統(tǒng)在藍(lán)藻適應(yīng)環(huán)境脅迫中的功能還不清楚。研究這些TA系統(tǒng)的生理生化功能，對于理解藍(lán)藻水華發(fā)生的細(xì)胞內(nèi)在機制具有重要的理論價值。模式藍(lán)藻集胞藻PCC6803染色體上存在至少31個屬于5個不同家族的TA系統(tǒng)，如ssr3532/sl

3、r2080和sll2006/sll2007基因構(gòu)成藍(lán)藻特異的新的TA系統(tǒng)家族。本文對這兩個TA系統(tǒng)的功能及其關(guān)系進(jìn)行了研究，主要內(nèi)容包括:
　　(1)構(gòu)建并利用報告基因lacZ與ssr3532/slr2080和sll2006/sll2007組分融合轉(zhuǎn)錄的報告菌株和及其共表達(dá)的重組菌株，分析報告菌株LacZ活性和毒素與抗毒素蛋白的相互作用，分別證明ssr3532/slr2080和sll2006/sll2007 TA系統(tǒng)在轉(zhuǎn)錄水平和蛋

4、白水平上的活性調(diào)控。
　　(2)構(gòu)建并利用大腸桿菌單雜交系統(tǒng)和異源的毒素和抗毒素基因共表達(dá)系統(tǒng)，分析單雜交重組菌株的LacZ活性以及共表達(dá)重組菌株的生長活性，確定ssr3532/slr2080和sll2006/sll2007同源TA系統(tǒng)在轉(zhuǎn)錄水平和蛋白水平上的交互調(diào)控及其表達(dá)產(chǎn)物對上下游基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用。
　　(3)構(gòu)建集胞藻ssr3532/slr2080和sll2006/sll2007系統(tǒng)缺失突變株、互補突變株、毒素或毒

5、素-抗毒素過表達(dá)突變株以及TA系統(tǒng)組分和lacZ融合的轉(zhuǎn)錄調(diào)控突變株，通過分析這些突變株在Cd脅迫條件下的生長表型，確定TA系統(tǒng)基因在集胞藻細(xì)胞適應(yīng)Cd脅迫中的生理功能。
　　主要研究結(jié)果和結(jié)論包括:
　　(1)ssr3532/slr2080和sll2006/sll2007系統(tǒng)編碼的毒素和相應(yīng)的抗毒素相互作用，形成無細(xì)胞的毒性TA復(fù)合體。但與已報道的典型TA系統(tǒng)反饋調(diào)控特征不同，抗毒素Ssr3532對ssr3532/slr2

6、080系統(tǒng)具有反饋激活作用，毒素Slr2080能提高抗毒素的這種反饋激活作用;抗毒素Sll2006單獨存在是沒有反饋調(diào)控作用，與毒素Slll2007形成的毒素-抗毒素復(fù)合體對sll2006/sll2007系統(tǒng)具有反饋激活作用。
　　(2)ssr3532/slr2080和sll2006/sll2007同源TA系統(tǒng)在蛋白水平上存在交互調(diào)控作用，但在轉(zhuǎn)錄水平上不存在交互調(diào)控作用，但ssr3532/slr2080系統(tǒng)對上下游基因轉(zhuǎn)錄具有調(diào)

7、控作用。即抗毒素Ssr3532能抑制同源毒素Slr2080毒性和非同源毒素Sll2007的毒性，抗毒素Sll2006能抑制同源毒素Sll2007毒性和非同源毒素Slr2080的毒性;但編碼的抗毒素或TA復(fù)合體對彼此操縱子的表達(dá)不具調(diào)控活性。
　　(3) ssr3532/slr2080和sll2006/sll2007系統(tǒng)缺失突變導(dǎo)致藍(lán)藻細(xì)胞在Cd脅迫條件下生長受到完全抑制，而互補突變能使缺失突變株恢復(fù)生長表型。誘導(dǎo)ssr3532/s