一种新的细菌间基因水平转移途径? - - 枯草芽孢杆菌细胞间遗传重组过程的基本特性研究及机理揭示

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31270145
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0104.微生物遗传与生物合成
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2012
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2013-01-01 至2016-12-31

项目摘要

In bacteria, horizontal gene transfer takes place by natural transformation, conjugation, or transduction. They can be distinguished by two simple criteria: sensitivity to the presence of deoxyribonuclease (DNase) and dependence on cell contact. We had observed that Bacillus subtilis could conduct cell to cell genetic exchange with the absence of additional free DNA. The process was once believed to be transformation since its sensitivity to DNase treatment. The source of the transforming DNA had been believed being made by PBSX, a kind of defecive prophage existing universally in B. subtilis genome. Nevertheless, the cell to cell genetic exchange frequencey of the related PBSX gene knockout mutants kept almost no change compared to that of wild type strains, and the intercellular genetic recombination frequency was much higer than that of "DNA to cell" transformation process conducted in the same condition, suggesting that specific extracellular DNA freguments resulted from the activity of PBSX may not be the key factor in this cell to cell horizontal gene tansfer process. In addition, the transformation ferquency was found to be correlative with the living cell density of the donor and dependent greatly on the physical contact of the DNA donor and recipient cells. The latter phenomenon made the process looks like conjucation rather than transformation. Therefore, the obersed process is actually different from all the three typical bacterial genetic exchange pathways, a new bacterial hozizatonal gene transfer mechanism could be expected upon further researches.
自然转化、接合和转导是目前已知的三种细菌基因水平转移途径,可以通过测试其是否依赖于细胞间接触以及对DNase处理是否敏感对它们进行区分。我们对枯草芽孢杆菌的研究发现,该菌可在不添加外源DNA的情况进行细胞间遗传重组,这个过程对DNase敏感,因此曾被认为是自然转化的一种形式,转化DNA则来自缺陷性原噬菌体PBSX的活动。但进一步的研究证实,PBSX相关基因缺失突变株和野生株相比在重组频率上并无明显变化,细胞间遗传重组的频率也远高于相同条件下游离DNA和受体细胞间的转化频率,说明PBSX活动产生的胞外DNA并非该遗传重组过程的决定因素。此外,这种发生在细胞间的遗传重组过程不仅和给体活细胞的密度关系密切,还严重依赖于给体和受体间的接触,使其看起来又类似于接合。因此,这个过程与目前已知的三种传统的细菌水平基因转移途径都有差异,对其开展深入研究将有可能导致一种新的细菌间遗传交换机制的发现。

结项摘要

在项目的资助下,我们通过系列实验确证枯草芽胞杆菌在固态基质表面发生的高效率细胞间水平基因转移过程总体而言属于自然转化,而非接合或转导。但是,不仅缺陷性原噬菌体PBSX活动产生的胞外DNA与该转化过程关系不大,而且在相同条件下细胞-细胞的转化效率明显高于等量游离DNA-细胞,且进行细胞间转化时的共转化片段至少可达1.2M,远高于以原生质体或人工提取的游离DNA作为转化DNA来源时所能达到的742kb和63KB。此外,该过程只能在发生在加有卡那霉素等抗生素或者基本培养基的选择性条件下,且细胞混合液涂布到固态基质上大约10 h后才能检测到重组子的产生。这种DNA给体细胞特性不仅普遍适用于不同枯草芽孢杆菌菌株,而且也适用于地衣芽孢杆菌。上述结果说明在环境中进行的这类基因水平转移过程中DNA给体细胞确实可能具有我们尚不太了解的重要生物学功能。对枯草菌单基因突变库进行了筛查,尚未发现能产生转化效率明显改变的DNA给体突变株,说明该过程可能受到多基因的复杂调控,有必要进一步通过系统的转录组分析来寻找关键的调控因子。此外,我们也证实对PBSX等相关自溶基因进行缺失突变确实可显著提升发酵培养物的生物量,这对于用芽胞杆菌生产益生菌或者表达基因产品的工业企业也有重要意义。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
枯草芽孢杆菌携带PBSX类缺陷性原噬菌体的普遍性调查
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    微生物学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    晋婷婷;付正伟;沈萍;陈向东
  • 通讯作者:
    陈向东
Deleting multiple lytic genes enhances biomass yield and production of recombinant proteins by Bacillus subtilis.
删除多个裂解基因可提高枯草芽孢杆菌的生物量产量和重组蛋白的产量
  • DOI:
    10.1186/s12934-014-0129-9
  • 发表时间:
    2014-08-31
  • 期刊:
    Microbial cell factories
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Wang Y;Chen Z;Zhao R;Jin T;Zhang X;Chen X
  • 通讯作者:
    Chen X
Biological and genomic analysis of a PBSX-like defective phage induced from Bacillus pumilus AB94180
由短小芽孢杆菌 AB94180 诱导的 PBSX 样缺陷噬菌体的生物学和基因组分析
  • DOI:
    10.1007/s00705-013-1898-x
  • 发表时间:
    2014-04-01
  • 期刊:
    ARCHIVES OF VIROLOGY
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Jin, Tingting;Zhang, Xiaoming;Chen, Xiangdong
  • 通讯作者:
    Chen, Xiangdong

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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