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依赖Na+的新型HCT家族转运蛋白SdmlT的功能鉴定及其重要氨基酸残基的功能分析
结题报告
批准号:
31370087
项目类别:
面上项目
资助金额:
80.0 万元
负责人:
姜巨全
依托单位:
学科分类:
C0103.微生物组学与代谢
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
孟婧、魏颖、李成、黄海鹏、潘媛媛、刘贺男、孟琳、洪闪、王凯标
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中文摘要
前期研究暗示SdmlT是一个可能具有钠(锂)/氢逆向转运蛋白功能的新型HCT家族蛋白,但其确切功能仍然未定。因此,本项目拟采用基于RSO膜微囊或反转膜微囊的同位素14C标记的检测技术,鉴定SdmlT具体作为何种HCT家族蛋白行使功能;采用基于反转膜微囊的吖啶橙荧光猝灭恢复法或同位素22Na的检测技术,鉴定SdmlT是否具有钠(锂)/氢逆向转运蛋白功能,以及该功能是否与HCT家族蛋白功能偶联;在此基础上,通过定点突变方法着重对SdmlT的保守氨基酸残基进行功能分析,以确定其中负责转运2-羟基羧酸和钠、锂离子以及与pH值调控有关的重要残基。作为新型HCT家族蛋白,SdmlT的功能及其重要残基的鉴定,不仅可以揭示该蛋白转运2-羟基羧酸以及耐盐碱的分子机制,而且可以增进人们对HCT家族蛋白和钠(锂)/氢逆向转运蛋白在细菌耐盐碱方面的认识,同时指导我们对SdmlT的分子改造以进一步提高其耐盐碱能力。
英文摘要
Preliminary experiments suggest that SdmlT may be a novel HCT family transporter with Na+(Li+)/H+ antiport activity, but its function hasn't been identified experimentally as yet. In this project, we plan to identify the exact function of SdmlT as a novel HCT family transporter by analyzing the uptake of 14C labeled 2-hydroxycarboxylate by RSO membrane vesicles or inverted membrane vesicles containing pUC-sdmlT. Also, we plan to identify whether SdmlT functions as a Na+(Li+)/H+ antiporter through the acridine orange fluorescence dequenching method based on inverted membrane vesicles or by analyzing the uptake of 22Na by inverted membrane vesicles containing pUC-sdmlT, and whether Na+(Li+)/H+ antiport by SdmlT needs to be coupled to the transportation of 2-hydroxycarboxylate. More importantly, we plan to analyze the structure-function relationship of SdmlT through site-directed mutagenesis of potential functionally important amino acid residues. As a novel HCT family transporter, identification of SdmlT and its functionally important amino acid residues will be very helpful to not only understand molecular mechanism of 2-hydroxycarboxylate transportation by SdmlT and halo-alkali tolerant molecular machnism of SdmlT, but also enhance our knowledge of the key role of HCT family transporter and Na+(Li+)/H+ antiporter in bacterial halo-alkali tolerance. Moreover, identification of functionally important amino acid residues may provide a theoretical basis for us to carry out gene-level modification of SdmlT based on site-directed mutagenesis to further enhance the capacity of halo-alkali tolerance.
前期研究暗示,SdmlT极可能是一个具有Na+/H+逆向转运蛋白功能的新型HCT家族蛋白。然而,其确切功能及其转运2-羟基羧酸和Na+的分子机制仍然未知。为了对SdmlT的准确功能进行鉴定,我们首先将SdmlT构建于表达载体pET19b,并转入大肠杆菌(E. coli)EP432(ΔnhaA, ΔnhaB)。耐盐碱测试以及AO荧光猝灭法的活性检测表明SdmlT具有Na+(Li+,K+)/H+逆向转运蛋白活性。Western blot检测显示,SdmlT定位于细胞质膜。系统发育分析发现,SdmlT代表一类新型的Na+(Li+,K+)/H+逆向转运蛋白。SdmlT与HCT家族同源物的序列比对显示,SdmlT应该最可能为一个CitS型Na+/苹果酸同向转运蛋白。为验证这一推断,我们首先采用Red同源重组构建了大肠杆菌(E. coli)K12的二羟基羧酸输出蛋白基因dctA的敲除突变株。互补实验表明,SdmlT为一个苹果酸摄取蛋白并且苹果酸的摄取依赖于Na+的存在。以含有枯草芽胞杆菌中已鉴定的Na+/苹果酸同向转运蛋白MaeN作为正对照,进一步的生长实验表明,苹果酸存在的情况下,SdmlT表现Na+/苹果酸同向转运蛋白功能;而在苹果酸不存在的情况下,SdmlT表现Na+/H+逆向转运蛋白活性。更重要的是,SdmlT只能通过独立独立行使Na+/H+逆向转运蛋白活性的方式输出Na+。在此基础上,我们对SdmlT与功能相关的重要氨基酸残基进行分析。依据同源性分析,并结合氨基酸残基在拓扑异构学二级结构和三维结构中的位置,最终我们确定了17个可能与功能相关的重要残基。基于定点突变以及生长互补实验,并结合预测的SdmlT三维结构模型,我们预测了SdmlT转运2-羟基羧酸和Na+、Li+的分子机制,即SdmlT蛋白可以采用共用部分的氨基酸残基(即同一Na+通道),外排Na+和向内摄取Na+,然而Na+向内转运方式不完全等同于Na+外排的可逆过程。本项目的创新性和科研价值在于,首次证实SdmlT是一个新型的HCT家族蛋白,同时也代表一类新型的Na+(Li+,K+)/H+逆向转运蛋白。更重要的是,首次报道了一个Na+转运蛋白可以根据不同的环境条件开启向外输出Na+或向内输入Na+的分子机制。
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:10.1099/ijs.0.000057
发表时间:2015-03
期刊:International journal of systematic and evolutionary microbiology
影响因子:2.8
作者:Lei Zhang;Yuanyuan Pan;Kaibiao Wang;Xiaoxia Zhang;Cheng Zhang;Shuang Zhang;Xiaowei Fu;Juquan Jiang
通讯作者:Lei Zhang;Yuanyuan Pan;Kaibiao Wang;Xiaoxia Zhang;Cheng Zhang;Shuang Zhang;Xiaowei Fu;Juquan Jiang
Pseudomonas songnenensis sp nov., isolated from saline and alkaline soils in Songnen Plain, China
Pseudomonas sonnenensis sp nov.,从中国松嫩平原盐碱土中分离出来
DOI:10.1007/s10482-014-0365-3
发表时间:2015
期刊:ANTONIE VAN LEEUWENHOEK INTERNATIONAL JOURNAL OF GENERAL AND MOLECULAR MICROBIOLOGY
影响因子:2.6
作者:Zhang Lei;Pan Yuanyuan;Wang Kaibiao;Zhang Xiaoxia;Zhang Shuang;Fu Xiaowei;Zhang Cheng;Jiang Juquan
通讯作者:Jiang Juquan
Halobacillus andaensis sp nov., a moderately halophilic bacterium isolated from saline and alkaline soil
安达盐杆菌 (Halobacillus andaensis sp nov.),一种从盐碱土壤中分离出的中度嗜盐细菌
DOI:10.1099/ijs.0.000198
发表时间:2015
期刊:INTERNATIONAL JOURNAL OF SYSTEMATIC AND EVOLUTIONARY MICROBIOLOGY
影响因子:2.8
作者:Wang Kaibiao;Zhang Lei;Yang Yang;Pan Yuanyuan;Meng Lin;Liu Henan;Hong Shan;Huang Haipeng;Jiang Juquan
通讯作者:Jiang Juquan
DOI:--
发表时间:2014
期刊:黑龙江大学自然科学学报
影响因子:--
作者:姜巨全;洪闪;徐桐;张爽;张诚
通讯作者:张诚
Cloning and identification of a novel NhaD-type Na+/H+ antiporter from metagenomic DNA of the halophilic bacteria in soil samples around Daban Salt Lake
达坂盐湖周边土壤嗜盐细菌宏基因组DNA中新型NhaD型Na/H逆向转运蛋白的克隆与鉴定
DOI:10.1007/s00792-013-0600-2
发表时间:2013
期刊:Extremophiles
影响因子:2.9
作者:Lifu Yang;Zhenhui Wang;Lei Wang;Ren Mu;Zhi Zou;Kun Yuan;Yuekun Wang;Haiping Wu;Juquan Jiang
通讯作者:Juquan Jiang
新型MFS-MDR转运蛋白MdrP晶体结构解析及其多药物外排的分子转运机制研究
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    姜巨全
  • 依托单位:
新型CDF家族蛋白CdffT的晶体结构解析及其结构-功能关系分析
  • 批准号:
    31770051
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    55.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    姜巨全
  • 依托单位:
依赖Na+的新型PiT家族转运蛋白SdpsT的功能鉴定及其重要氨基酸残基的功能分析
  • 批准号:
    31570045
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    姜巨全
  • 依托单位:
大豆慢生根瘤菌USDA110高效耐盐基因工程菌株的构建
  • 批准号:
    31000055
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    19.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    姜巨全
  • 依托单位:
国内基金
海外基金