甘蓝黑腐病菌Xanthomonas campestris pv. campestris topoIB基因的克隆及功能分析

甘蓝黑腐病菌Xanthomonas campestris pv. campestris topoIB基因的克隆及功能分析

论文摘要

野油菜黄单胞菌野油菜致病变种(Xanthomonas campestris pv.campestris,Xcc)可以引起十字花科植物的黑腐病,在全世界范围内造成严重的农业减产。同时该细菌也是研究植物与细菌相互作用的模式菌株,具有较高的理论研究和利用价值。DNA拓扑异构酶是催化DNA拓扑学异构体相互转变酶的总称,是细胞中一类重要的酶,能够调节DNA的拓扑结构,因而在细胞的DNA复制、重组和转录过程中起关键作用。但有关植物病原细菌中拓扑异构酶功能研究,目前尚未见文献报道。本实验以Xcc 8004中Xc0034基因,预测编码的TopoIB蛋白作为研究对象,通过生物信息学对TopoIB蛋白的理化性质进行初步分析,结果表明TopoIB蛋白含有核定位信号和信号肽,无跨膜结构域。RT-PCR实验表明,topoIB基因可以表达,但表达量较低。构建亚细胞定位载体p1305-GFP-TopoIB,在农杆菌介导烟草叶片中瞬时表达,发现p1305-GFP-TopoIB融合蛋白定位于烟草叶片的细胞核上。通过SOE-PCR法构建topoIB基因的突变体△TopoIB,检测结果显示△TopoIB菌株无论是在植物体内还是培养基中与野生型Xc8004的生长状况无明显差异,且胞外多糖产量基本相同,其他常见致病因子如胞外蛋白酶、胞外纤维素酶和胞外淀粉酶产量也与野生型Xc 8004基本一致。将野生型Xcc 8004和△TopoIB突变体接种于拟南芥和甘蓝(京华一号),结果显示△TopoIB菌株致病性并没有受到影响。构建topoIB基因的原核表达载体并进行高效表达,经IPTG诱导,在大肠杆菌BL21菌株中成功表达了与His标签融合的TopoIB蛋白,分子量大小约为43 kDa,利用镍柱在200mM咪唑洗脱下可以得到纯化蛋白,浓度为788ng/μL,表明topoIB基因的体外诱导表达成功。体外酶活检测结果显示,394 ng的TopoIB重组蛋白反应1 min就可以将超螺旋DNA解旋,反应15min可以完全解旋,表明TopoIB蛋白具有拓扑异构酶活性。综上所述,本实验明确了Xc 8004中的topoIB基因可以低水平表达,且topoIB基因编码产物作用于植物细胞核内,topoIB基因的缺失对其菌株自身的胞外多糖、胞外酶和致病性无明显影响,体外原核表达分析显示,通过异源表达纯化获得的重组蛋白具有较高的解旋活性,为今后病原细菌中topoIB基因的研究提供重要理论依据。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 前言
  •   1 野油菜黄单胞菌野油菜致病变种的研究概况
  •     1.1 Xcc的发现及小种分类
  •     1.2 Xcc病菌特点及引起的症状特征
  •     1.3 Xcc致病因子及致病基因
  •     1.4 Xcc基因组序列分析
  •   2 拓扑异构酶
  •     2.1 拓扑异构酶IB
  •   3 研究内容
  • 材料与方法
  •   1 本实验所用菌株、质粒及培养方法
  •   2 本研究所用引物及溶液配制
  •   3 核酸操作
  •     3.1 Xcc 8004 DNA的提取
  •     3.2 质粒提取
  •     3.3 凝胶回收
  •     3.4 质粒的酶切与纯化
  •     3.5 连接
  •     3.6 E.coli DH5α感受态细胞的小量制备
  •     3.7 质粒的热击转化
  •     3.8 Xcc电击感受态制备及转化
  •     3.9 农杆菌感受态的制备
  •     3.10 RNA的提取及纯化
  •     3.11 反转录合成cDNA
  •   4 亚细胞定位
  •     4.1 亚细胞定位载体的构建
  •     4.2 农杆菌的转导
  •     4.3 农杆菌侵染
  •   5 突变菌株的构建
  •     5.1 缺失突变体的构建
  •     5.2 互补菌株的构建
  •   6 突变菌株表型检测
  •     6.1 营养缺陷型检测
  •     6.2 生长曲线测定
  •     6.3 胞外多糖检测
  •     6.4 胞外酶检测
  •     6.5 致病性测定
  •   7 RNA-seq分析
  •   8 TopoIB原核表达分析
  •     8.1 表达载体的构建
  •     8.2 SDS-PAGE胶制备
  •     8.3 重组蛋白的小量表达
  •     8.4 蛋白纯化
  •     8.5 TopoIB酶活性测定
  •   9 Xcc胞外总蛋白提取
  •   10 Western blot检测
  •     10.1 SDS-PAGE
  •     10.2 转膜
  •     10.3 封闭
  •     10.4 一抗反应
  •     10.5 二抗反应
  •     10.6 显色
  • 结果与分析
  •   1 TopoIB蛋白生物信息学分析
  •   2 topoIB的RT-PCR分析
  •   3 topoIB基因的克隆
  •   4 topoIB亚细胞定位载体的构建
  •   5 topoIB缺失及互补菌株的构建
  •   6 突变菌株表型检测
  •     6.1 营养缺陷型检测
  •     6.2 生长曲线测定
  •     6.3 致病生化因子测定
  •   7 RNA-Seq
  •   8 致病性测定
  •     8.1 接种方法的筛选
  •     8.2 突变体对植物致病性及其在寄主植物体内生长繁殖
  •   9 TopoIB蛋白原核表达、纯化及其功能分析
  • 讨论
  • 参考文献
  • 附件1 本实验中所用培养基
  • 附件2 topoIB基因序列
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表的学术论文
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 张迎

    导师: 张清霞

    关键词: 缺失突变,亚细胞定位,原核表达

    来源: 扬州大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,农业科技

    专业: 生物学,农业基础科学,植物保护

    单位: 扬州大学

    基金: 国家自然科学基金委员会(项目编号:31772210),山东省农业微生物重点实验室开放基金(项目编号:SDKL2017015)

    分类号: S432.42

    DOI: 10.27441/d.cnki.gyzdu.2019.000227

    总页数: 67

    文件大小: 6250K

    下载量: 31

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