大肠杆菌细胞对环境的适应分化分子机制
批准号:
32060016
项目类别:
地区科学基金项目
资助金额:
37.0 万元
负责人:
莫日根
依托单位:
学科分类:
微生物生理与生化
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
莫日根
中文摘要
生物进化是生命体对环境的适应分化结果,而适应分化的根本是基因突变。然而,基因突变如何使生命适应环境,其分子机制是什么等问题仍有待于解决。为回答这些问题,从大肠杆菌(Escherichia coli)原代单细胞开始,在三种温度各培养30个细胞群2000代后,得到3x30个2000-代细胞群;用基因组重测序技术,已确定了3x30个2000-代细胞的基因组突变谱。在此基础上,本项目用RNA-seq技术,将确立3x30个细胞群2000-代细胞转录组变化谱,建立基因组突变谱与转录组变化谱的联系;分析其环境适应表型,建立转录组变化谱与环境适应的联系;筛选出与适应分化有关关键基因并验证其在细胞环境适应中的作用。本研究将从分子生物学视角,用基因组学和转录组学大数据,结合遗传学表型,揭示细菌细胞对环境的适应分化分子机制。对揭示生命环境适应和进化规律具有理论意义,对细菌耐药性研究也有借鉴和指导作用。
英文摘要
Evolution is the result of environmentally adaptive differentiation of living organisms and gene mutations are the root of such adaptive differentiation. However, how the gene mutations result in environmentally adaptive differentiation of living organisms and the molecular mechanism of the adaptation have been remained unknown. To answer the questions, 30 populations under each selection of three various temperatures starting from a single cell of Escherichia coli (ancestor cell) were propagated for 2000 generations, obtaining 3x30 populations of 2000-generation cells. The genomes of the resultant 3x30 populations (2000-generation cells) were re-sequenced and genomic mutation pattern for each population was subsequently constructed. Based on the results obtained, the study has been designed: (i) to analyze global transcription pattern in each of 3x30 2000-generation cells and then establish the correlation of pattern in global transcription change with the genomic mutation pattern for each population; (ii) to build connection between adaptive phenome and global transcription pattern in each population through measuring the adaptive phenotype; (iii) also to test the roles of key genes screened from results obtained in cell adaptation. The study attempts to show molecular mechanisms for environmentally adaptive differentiation of E. coli cells through setting up correlations of transcription patterns with genome mutations and of adaptive phenotype with changes in transcriptome, using large data of genome-wide mutations and transcriptome from an angle of molecular biology in the methods of experimental evolution and genetic phenotype analysis. The study will shed light on molecular mechanisms of environmental adaptation and of bacterial antibiotic resistance.
自达尔文提出进化论以来,生物演化研究一直是生命科学热门领域。然而,生物演化的分子机制尚不清楚。随着分子生物学、基因组学、转录组学、生物信息学的快速发展为揭示生物演化分子机制提供了有力手段和良好机遇。本项研究不仅对生物演化机制的揭示具理论意义,而且对细菌耐药机制和临床应用研究有借鉴和指导作用。本项目从大肠杆菌(Escherichia coli)单细胞开始,经过长期在不同温度(30 ℃、37 ℃和42 ℃)营养贫瘠ABTG培养基(含碳源葡萄糖,无氮源)选择培养,得到3 x 30个2000-代细胞群;继而建立了其基因组突变谱、转录组变化谱和环境适应表型并研究三者的关联而探讨细菌适应选择环境的分子机制。项目发现:(i)不同温度营养贫瘠选择的2000-代细胞群高频基因突变集中于生物膜形成、蛋白质和糖代谢、功能未知蛋白、氧化还原等细胞过程,在同一选择下细胞群之间其趋同性强;高温选择下蛋白质代谢基因突变最多,而低温选择下生物膜形成基因突变最多。(ii)蛋白质代谢相关差异表达基因(DEGs)在30 ℃细胞群中其表达下调,而在42 ℃细胞群中上调,二者相反;能量电子供体相关DEGs也有类似对温度的响应;碳水化合物代谢DEGs在30 ℃和42 ℃细胞群中其表达均下调,与富含碳源环境相一致。(iii)2000-代细胞群在其染色体复制、细胞分裂和细胞生长等多方面,适应于其选择的营养贫瘠环境,但不再适于营养丰富的优越环境。(iv)突变热点代谢和转录热点途径有一定耦合。如30 ℃细胞群蛋白质代谢基因突变数和下调DEGs,42 ℃细胞群蛋白质代谢基因突变数与上调蛋白质代谢DEGs;相对37 ℃细胞群,30 ℃和42 ℃细胞群以热点代谢途径的更多基因突变来适应低或高温环境。(v)细胞群通过下调白质代谢和生物膜合成途径DEGs而适应低温营养贫瘠选择,而通过上调单糖生物代谢和PTS系统DEGs而与高温环境相适应。
复制起始蛋白DnaA介导的转录衰减核糖开关
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批准号:--
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:32万元
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批准年份:2022
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负责人:莫日根
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依托单位:
大肠杆菌YbfE蛋白介导的DNA修复机制
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批准号:31560245
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:40.0万元
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批准年份:2015
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负责人:莫日根
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依托单位:
大肠杆菌YfiF蛋白对DNA复制起始的调控机制
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批准号:31360208
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:45.0万元
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批准年份:2013
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负责人:莫日根
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依托单位:
染色体复制负调控因子datA在细胞周期中的作用
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批准号:31060015
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2010
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负责人:莫日根
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依托单位:
大肠杆菌染色体复制起始调控机理的研究
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批准号:30060003
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项目类别:地区科学基金项目
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资助金额:16.0万元
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批准年份:2000
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负责人:莫日根
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依托单位:
国内基金
海外基金