英文题名：
The Regulatory Mechanisms of Phenazine-1-carboxylic Biosynthesis in the Rhizobacterium Pseudomonas Aeruginosa PA1201
中文关键词：
吩嗪-1-羧酸;;吩嗪合成基因簇;;群体感应系统;;转录调控因子;;调控机制
中文摘要：
吩嗪-1-羧酸(phenazine-1-carboxylic acid,PCA)是假单胞菌分泌的一种次级代谢产物,具有广谱的抑菌活性。申嗪霉素是2011年农业部正式批准的一种新型代谢产物农药,有效成分为PCA,主要用于防治水稻纹枯病、西瓜枯萎病和甜椒疫病。由于目前的工程菌株PCA产量不稳定及发酵效价偏低,导致生产成本过高,影响其推广应用。因此,研究PCA生物合成调控机理,并开展遗传代谢改造势在必行。假单胞菌PA1201是水稻根际分离的生防菌株,能够产生较高水平的PCA。群体感应系统参与调控绿脓菌素(PYO)的合成已有报道,但具体的调控机制并不清楚。生物信息学分析表明,PA1201包含两个高度同源的吩嗪合成基因簇phzA_1B_1C_1D_1E_1F_1G_1(以下简称phz1)和phzA_2B_2C_2D_2E_2F_2G_2(以下简称phz2)以及四种群体感应系统—LasR/LasI、RhlR/RhlI、MvfR/PqsABCDE及IQS系统的相关基因(簇)。通过基因敲除、转录融合报告菌株的构建及RNA-Seq技术,我们从PCA合成、phz1及phz2的表达以及更深入的机理研究三个方面探究了群体感应系统调控PCA生物合成的影响。RhlR及MvfR正调控PCA合成以及phz1和phz2的表达;IQS系统不影响PCA合成及phz基因簇的表达;LasR在细菌生长早期正调控PCA合成和phz基因簇的表达,在后期抑制PCA合成及phz基因簇的表达。我们进一步研究发现LasR正调控3-oxo-C12-HSL及C4-HSL的合成,负调控PQS的合成;RhlR正调控C4-HSL的合成,同时负调控PQS的合成;MvfR正调控自身信号分子PQS的合成;IQS系统不影响3-oxo-C12-HSL、C4-HSL及PQS的产生。综上所述,我们初步构建了PA1201中群体感应系统调控PCA生物合成的模式图。转录调控因子RsaL是一类非典型的DNA结合蛋白。在铜绿假单胞菌PAO1中,Rampioni等发现RsaL结合在lasI的启动子区域负调控3-oxo-C12-HSL的合成。本部分系统研究了RsaL对PCA合成、phz1和phz2的表达、群体感应合成酶基因的表达及信号分子合成的影响,阐明了RsaL通过直接和间接两种方式调控PCA生物合成的作用机制。在PA1201中,RsaL有效地抑制PCA合成;RsaL负调控phz1表达及phz1-依赖的PCA产生,RsaL同时正调控phz2表达及phz2-依赖的PCA产生。进一步实验表明:RsaL直接结合在phz1的启动子区域抑制其转录及phz1-依赖的PCA合成,但RsaL并不能直接结合在phz2的启动子区域调控其表达。RsaL也通过影响群体感应系统间接调控phz基因簇的表达,其中RsaL负调控LasR/LasI系统及3-oxo-C12-HSL合成,同时正调控RhlR/RhlI系统的表达及C4-HSL合成,RsaL还负调控MvfR/PqsABCDE系统的表达及HHQ、PQS合成。综上所述,RsaL通过多重机制参与PCA合成调控,一方面通过直接结合抑制phz1表达,另一方面通过影响群体感应系统间接调控phz基因簇表达,综合效应表现为负调控PCA合成。OxyR属于LysR家族的转录调控因子,能够激活应对过氧化物压力相关基因的表达,对维持细胞体内氧化水平起重要的调控作用。我们发现敲除和过表达oxyR可以不同程度的提高PCA的产量。利用转录融合报告菌株的构建、群体感应信号分子的测定、EMSA及RNA-Seq分析等方法对OxyR的调控机制进行深入探究。敲除oxyR不影响phz1的表达,明显提高phz2的活性;oxyR过表达显著提高phz1的表达水平,不影响phz2的活性。RNA-Seq分析及相关分子生物学实验发现:OxyR正调控PCA合成依赖于小RNA PhrS。oxyR过表达激活PhrS的表达,但OxyR不能直接结合在phrS的启动子区域,表明OxyR间接调控phrS的转录;进一步PhrS通过碱基配对的方式在翻译水平正调控MvfR的合成,进而提高信号分子HHQ和PQS的水平及PCA的产量。据此,我们勾勒了OxyR调控PCA生物合成的模式图。综上所述,我们初步阐明了群体感应系统、转录调控因子RsaL及OxyR调控PCA生物合成的分子机制,并以群体感应系统为核心构建了PA1201中PCA合成调控的模式图,为通过遗传改造构建高产PCA的工程菌株提供了理论依据。
英文题名：
The Regulatory Mechanisms of Phenazine-1-carboxylic Biosynthesis in the Rhizobacterium Pseudomonas Aeruginosa PA1201
中文关键词：
吩嗪-1-羧酸;;吩嗪合成基因簇;;群体感应系统;;转录调控因子;;调控机制
中文摘要：
吩嗪-1-羧酸(phenazine-1-carboxylic acid,PCA)是假单胞菌分泌的一种次级代谢产物,具有广谱的抑菌活性。申嗪霉素是2011年农业部正式批准的一种新型代谢产物农药,有效成分为PCA,主要用于防治水稻纹枯病、西瓜枯萎病和甜椒疫病。由于目前的工程菌株PCA产量不稳定及发酵效价偏低,导致生产成本过高,影响其推广应用。因此,研究PCA生物合成调控机理,并开展遗传代谢改造势在必行。假单胞菌PA1201是水稻根际分离的生防菌株,能够产生较高水平的PCA。群体感应系统参与调控绿脓菌素(PYO)的合成已有报道,但具体的调控机制并不清楚。生物信息学分析表明,PA1201包含两个高度同源的吩嗪合成基因簇phzA_1B_1C_1D_1E_1F_1G_1(以下简称phz1)和phzA_2B_2C_2D_2E_2F_2G_2(以下简称phz2)以及四种群体感应系统—LasR/LasI、RhlR/RhlI、MvfR/PqsABCDE及IQS系统的相关基因(簇)。通过基因敲除、转录融合报告菌株的构建及RNA-Seq技术,我们从PCA合成、phz1及phz2的表达以及更深入的机理研究三个方面探究了群体感应系统调控PCA生物合成的影响。RhlR及MvfR正调控PCA合成以及phz1和phz2的表达;IQS系统不影响PCA合成及phz基因簇的表达;LasR在细菌生长早期正调控PCA合成和phz基因簇的表达,在后期抑制PCA合成及phz基因簇的表达。我们进一步研究发现LasR正调控3-oxo-C12-HSL及C4-HSL的合成,负调控PQS的合成;RhlR正调控C4-HSL的合成,同时负调控PQS的合成;MvfR正调控自身信号分子PQS的合成;IQS系统不影响3-oxo-C12-HSL、C4-HSL及PQS的产生。综上所述,我们初步构建了PA1201中群体感应系统调控PCA生物合成的模式图。转录调控因子RsaL是一类非典型的DNA结合蛋白。在铜绿假单胞菌PAO1中,Rampioni等发现RsaL结合在lasI的启动子区域负调控3-oxo-C12-HSL的合成。本部分系统研究了RsaL对PCA合成、phz1和phz2的表达、群体感应合成酶基因的表达及信号分子合成的影响,阐明了RsaL通过直接和间接两种方式调控PCA生物合成的作用机制。在PA1201中,RsaL有效地抑制PCA合成;RsaL负调控phz1表达及phz1-依赖的PCA产生,RsaL同时正调控phz2表达及phz2-依赖的PCA产生。进一步实验表明:RsaL直接结合在phz1的启动子区域抑制其转录及phz1-依赖的PCA合成,但RsaL并不能直接结合在phz2的启动子区域调控其表达。RsaL也通过影响群体感应系统间接调控phz基因簇的表达,其中RsaL负调控LasR/LasI系统及3-oxo-C12-HSL合成,同时正调控RhlR/RhlI系统的表达及C4-HSL合成,RsaL还负调控MvfR/PqsABCDE系统的表达及HHQ、PQS合成。综上所述,RsaL通过多重机制参与PCA合成调控,一方面通过直接结合抑制phz1表达,另一方面通过影响群体感应系统间接调控phz基因簇表达,综合效应表现为负调控PCA合成。OxyR属于LysR家族的转录调控因子,能够激活应对过氧化物压力相关基因的表达,对维持细胞体内氧化水平起重要的调控作用。我们发现敲除和过表达oxyR可以不同程度的提高PCA的产量。利用转录融合报告菌株的构建、群体感应信号分子的测定、EMSA及RNA-Seq分析等方法对OxyR的调控机制进行深入探究。敲除oxyR不影响phz1的表达,明显提高phz2的活性;oxyR过表达显著提高phz1的表达水平,不影响phz2的活性。RNA-Seq分析及相关分子生物学实验发现:OxyR正调控PCA合成依赖于小RNA PhrS。oxyR过表达激活PhrS的表达,但OxyR不能直接结合在phrS的启动子区域,表明OxyR间接调控phrS的转录;进一步PhrS通过碱基配对的方式在翻译水平正调控MvfR的合成,进而提高信号分子HHQ和PQS的水平及PCA的产量。据此,我们勾勒了OxyR调控PCA生物合成的模式图。综上所述,我们初步阐明了群体感应系统、转录调控因子RsaL及OxyR调控PCA生物合成的分子机制,并以群体感应系统为核心构建了PA1201中PCA合成调控的模式图,为通过遗传改造构建高产PCA的工程菌株提供了理论依据。
