水稻白叶枯病菌第二信使c-di-GMP代谢系统的分子鉴别

【摘要】：环鸟苷二磷酸(c-di-GMP)是一种广泛存在于细菌中的新型第二信使,调控着毒性、生物膜形成、运动性等诸多方面的生物学功能。GGDEF结构域的鸟苷酸环化酶(DGC)控制c-di-GMP的合成,而EAL或HD-GYP结构域的磷酸二酯酶(PDE)控制其降解。为了揭示水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae pv.oryzae,Xoo)c-di-GMP信号途径,本研究对c-di-GMP代谢系统中GGDEF/EAL/HD-GYP结构域蛋白初步进行了分子鉴定。三种结构域蛋白的生物信息学鉴定对3个己测序Xoo菌株全基因组序列进行生物信息学分析,发现Xoo存在25-26个3种结构域蛋白。21个蛋白具有GGDEF结构域、12个具有EAL结构域,其中10个共存GGDEF和EAL两个结构域;3个蛋白具有HD-GYP结构域。这些蛋白含有多种输入结构域(PAS、GAF、HAMP、REC和HTH)等传感蛋白结构域和调控元件。GGDEF结构域蛋白XOO4021调控EPS产生和H_2O_2抗性与PXO99~A相比,△XOO4021胞外多糖(EPS)产生能力下降,同时H_2O_2抗性明显降低。推测XOO4021对EPS产生和H_2O_2抗性可能具有共调控作用。GGDEF/EAL结构域蛋白XOO2563的分子鉴定XOO2563(PdeAxoo)同时具有GGDEF和EAL结构域和输入结构域(REC),可能具有DGC和PDE活性,EAL活性位点被EVL取代。与PXO99~A相比,△XOO2563 EPS产生下降,菌落形态明显变化,黄色素变淡,基因互补可使之恢复。EAL结构域蛋白XOO1467调控趋化性XO01467(VieAxoo)基因位于化感系统基因簇中,N端具有磷酸受体结构域(REC),C端具有参与c-di-GMP降解活性的结构域(EAL);在病原黄单胞中高度保守。与PXO99~A相比,△vieAxoo趋化性明显降低,基因互补可使之部分恢复;但胞外酶类和多糖(EPS)产生、生物膜形成没有显著变化。推测VieAxoo可能接受化感系统传递的信号后,降解胞内c-di-GMP,调控了细菌的趋化性。HD-GYP结构域蛋白XO02871的分子鉴定XOO2871(RpfGxoo)N端含有磷酸受体结构域(REC),C端含有参与c-di-GMP降解活性的结构域(HD-GYP)。与PXO99~A相比,△rpfGxoo致病性、胞外多糖产生、生物膜形成明显减弱,基因互补可以使之恢复;胞外酶活性无显著变化。推测RpfGxoo接受DSF信号传递后,参与胞内c-di-GMP的降解,调控了细菌的生物学性状。