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嗜盐古菌CRISPR/Cas系统与基因组稳定性机制
结题报告
批准号:
31271334
项目类别:
面上项目
资助金额:
110.0 万元
负责人:
向华
学科分类:
C0602.基因表达及非编码序列调控
结题年份:
2016
批准年份:
2012
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘景芳、李明、吴振芳、王锐、刘海龙、蔡双凤、侯靖、伍锦花
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中文摘要
以极端嗜盐古菌特有的Hmari亚型CRISPR/Cas系统为研究对象,通过基因敲除、CRISPR元件突变、Northern杂交、引物延伸等分子生物学技术解析CRISPR/Cas系统在嗜盐古菌中的转录调控机制、crRNA前体加工机制,以及相关Cas蛋白的生理生化功能;通过组合基因敲除/互补分析、Microarray分析、全基因组MFA分析,结合电镜观察、流式细胞仪、脉冲场电泳分析等,探索Cas6缺失引起嗜盐古菌生长和基因组稳定性变化的深层机制;构建嗜盐古菌新的病毒-宿主互作系统,分析嗜盐古菌CRISPR/Cas系统抗病毒机制与其基因组稳定性之间的关系。最终为深入理解Hmari亚型CRISPR/Cas系统的生理功能、作用机制及其与嗜盐古菌基因组复制与进化的关系提供新的知识和见解。
英文摘要
This project will mainly focus on the mechanism of the Hmari-subtype CRISPR/Cas system functioned in virus immunity and genome stability in the extremely halophilic archaea. First, the transcription regulation of the CRISPR, processing of the crRNA precursors, physiological and biochemical functions of the Cas proteins, will be determined by means of gene knockout, CRISPR element mutation, Northern blotting, primer extension and other molecular biology techniques. Second, the mechanisms of the impact of Cas6 (and other associated proteins) on the genomic stability as well as the cell growth will be addressed by gene knockout and complementation, Microarray, genome-wide marker frequency analysis (MFA), electron microscopy, flow cytometry analysis etc. Third, a novel halophilic archaea-virus interaction system will be established, and will be used to investigate the function and relationship of the haloarchaeal CRISPR/Cas system involved in anti-virus and genome stability. Taken together, this project will provide novel knowledge of the physiological and biochemical functions of the Hmari-subtype CRISPR/Cas system, and insights in understanding the impact and mechanism of the CRISPR/Cas system on genome replication and stability in haloarchaea.
本项目以极端嗜盐古菌I-B型CRISPR-Cas系统为材料,围绕“CRISPR系统作用机制及其与基因组稳定性的关系”这一主题,开展了一系列基础性和开拓性的研究。代表性工作包括:1)首先通过系列分子生物学方法如引物延伸、Northern杂交、基因敲除等手段,对嗜盐古菌CRISPR系统crRNA加工成熟及其稳定性机制进行了系统解析;同时结合MFA等组学手段揭示了嗜盐古菌多位点起始控制的基因组复制机制并探索了其对基因组稳定的意义,为本项目的深入开展奠定了基础。2)在此基础上,我们利用分离到的新病毒HHPV-2,在古菌领域中成功构建了第一例宿主CRISPR从单一病毒高效获取新spacer的适应系统,发现该适应过程严格依赖“引发”机制,为理解国际上在纯病毒侵染实验中难以观察到CRISPR高效适应的现象提供了重要见解和解决方案。3)进一步通过对64种可能的PAM序列在引发适应过程中的功能研究,揭示了“PAM验证的引发机制”,首次回答了适应过程中的异己区分机制,并统一了嗜盐古菌CRISPR系统引发适应、特异干扰和特异保护三个过程。4)通过对CRISPR中leader及repeat序列的扫描突变,发现repeat内部元件介导了spacer整合反应位点的精确识别,回答了CRISPR适应过程中如何维持其repeat-spacer周期性、保证宿主DNA稳定性这一关键问题。5)在CRISPR系统Cas蛋白新功能方面,首次发现Cas6蛋白可直接切割原病毒RNA、抑制原病毒激活以保持基因组稳定性。我们近期还发现了位于CRISPR-Cas基因簇基因间区的toxin-antitoxin系统,基因敲除和DNA突变分析表明,Cas蛋白可能通过对该毒素系统的控制来维持基因组和CRISPR-Cas系统的稳定。综上所述,本项目通过对嗜盐古菌CRISPR-Cas系统工作机制的解析,在CRISPR系统对病毒适应过程的基础研究方面取得了若干重要突破,同时发现CRISPR系统不仅能够高效适应和防御外源遗传因子的入侵,而且能够调控宿主基因组内部多种可移动元件的活性,因此对维持基因组稳定性具有双重意义。相关工作已在Nucleic Acids Res, Nat Commun等高端期刊发表系列研究论文,高质量完成了项目计划。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1016/j.jgg.2013.04.009
发表时间:2013-08
期刊:Journal of genetics and genomics = Yi chuan xue bao
影响因子:--
作者:Xiaoqing Liu;Lei Wang;Jingfang Liu;L. Cai;H. Xiang
通讯作者:Xiaoqing Liu;Lei Wang;Jingfang Liu;L. Cai;H. Xiang
Activation of a dormant replication origin is essential for Haloferax mediterranei lacking the primary origins.
休眠复制起点的激活对于缺乏原始起点的地中海盐鲆至关重要
DOI:10.1038/ncomms9321
发表时间:2015-09-16
期刊:Nature communications
影响因子:16.6
作者:Yang H;Wu Z;Liu J;Liu X;Wang L;Cai S;Xiang H
通讯作者:Xiang H
Characterization of CRISPR RNA Biogenesis and Cas6 Cleavage-Mediated Inhibition of a Provirus in the Haloarchaeon Haloferax mediterranei
地中海盐古菌 Haloferax mediterranei 中 CRISPR RNA 生物发生和 Cas6 切割介导的原病毒抑制的表征
DOI:10.1128/jb.01688-12
发表时间:2013-02-01
期刊:JOURNAL OF BACTERIOLOGY
影响因子:3.2
作者:Li, Ming;Liu, Hailong;Xiang, Hua
通讯作者:Xiang, Hua
Multiple replication origins with diverse control mechanisms in Haloarcula hispanica.
Haloarcula hispanica 中具有不同控制机制的多个复制起点
DOI:10.1093/nar/gkt1214
发表时间:2014-02
期刊:Nucleic acids research
影响因子:14.9
作者:Wu Z;Liu J;Yang H;Liu H;Xiang H
通讯作者:Xiang H
DOI:10.1093/gbe/evu219
发表时间:2014-10-03
期刊:Genome biology and evolution
影响因子:3.3
作者:Wu Z;Yang H;Liu J;Wang L;Xiang H
通讯作者:Xiang H
微生物新型防御系统挖掘解析与重构利用
碳酸盐型盐湖碳硫元素循环的微生物驱动机制及适应机制
I-B型CRISPR-Cas系统引发适应的分子机制
极端嗜盐古菌固碳贮碳及其代谢新途径研究
嗜盐古菌聚羟基脂肪酸酯生理代谢及调控机制
极端嗜盐古菌染色体外因子复制机制的研究
极端嗜盐古菌蛋白类抗生素C8生物合成及作用机制
极端嗜盐嗜碱古菌遗传操作系统的构建
乳酸乳球菌食品级基因克隆表达系统的研究
  • 批准号:
    39800080
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    11.0万元
  • 批准年份:
    1998
  • 负责人:
    向华
  • 依托单位:
国内基金
海外基金