Characterization of the Sinorhizobium meliloti cell cycle regulatory network required for host colonization

项目摘要 我们的研究集中在细菌利用的调控网络，以影响细胞的有序发展， 以一种对环境条件敏感并能够产生 分化的细胞类型。 我们的主要目标是了解调控网络如何指导细胞周期 事件，以促进慢性宿主定植。 为此，我们以苜蓿中华根瘤菌为模型 系统，因为它可以在土壤中生长，作为一个自由生活的细菌或殖民植物的根作为一个有益的 共生体建立慢性细胞内感染。 S. 草木犀进行新的细胞周期修饰 然而，在共生过程中，指导这些事件的潜在分子机制是未知的。 通过 为了实现本研究的目标，我们将建立一个细胞周期调控的机制模型。一 最近发现的两种β-组分信号转导途径已知控制细胞周期进程。 CbrA是一种组氨酸激酶，其在该途径的顶部起作用以调节CtrA的活性，CtrA是一种必需的蛋白酶。 DNA-β-结合反应调节因子，控制细胞内调节蛋白和效应蛋白的转录， 随着细胞周期的进展而变化。我们将divL鉴定为CbrA通路的一个组成部分， 进一步说明其功能。 利用细胞生物学方法，我们将确定它在细胞周期中的作用 调控与共生我们还将使用遗传抑制筛选来识别相互作用的细胞因子 将通过体外生物化学和体内蛋白定位研究来证实这些相互作用。 我们鉴定了莫拉作为一种细胞周期调节因子，它与CbrA在功能上是冗余的，但在不同的条件下， 生长条件 我们将确定莫拉是如何整合到两个组成部分的途径，使用 生物化学测定以鉴定其同源反应调节物。 此外，我们还将研究莫拉 通过筛选调节因素，将活性限制在某些环境条件下。 在此过程中， 我们的研究将产生所需的遗传工具，以探测一个途径的功能，包括几个 这些蛋白质的活性对生存力至关重要，因此在体内功能水平上的研究具有挑战性。 最终，我们将建立一个实验上易处理的S细胞周期调控的机制模型。 苜蓿，这将提供解剖相关病原菌细胞周期控制的基础。我们的研究是 因此对于理解细胞周期进程和不同的宿主微生物具有广泛的重要性 交互.

PROJECT SUMMARY    Our  studies  are  focused  on  a  regulatory  network  utilized  by  bacteria  to  effect  an  orderly  progression  of  cell  cycle  events  in  a  manner  that  is  sensitive  to  environmental  conditions  and  is  capable  of  producing  differentiated  cell  types.  Our  primary  objective  is  to  understand  how  a  regulatory  network  directs  cell  cycle  events  in  order  to  promote  chronic  host  colonization.  To  this  end,  we  use  Sinorhizobium  meliloti  as  a  model  system because it can grow in the soil as a free-­‐‑living bacterium or colonize the roots of plants as a beneficial  symbiont  to  establish  a  chronic  intracellular  infection.  S.  meliloti  undertake  novel  cell  cycle  modifications  during  symbiosis,  however  the  underlying  molecular  mechanisms  that  direct  these  events  are  unknown.  By  executing the aims described in this proposal, we will develop a mechanistic model for cell cycle regulation. A  recently  identified  two-­‐‑component  signal  transduction  pathway  is  known  to  control  cell  cycle  progression.  CbrA is a histidine kinase that functions at the top of this pathway to regulate the activity of CtrA, an essential  DNA-­‐‑binding  response  regulator  that  controls  the  transcription  of  regulatory  and  effector  proteins  in  a  temporal fashion as the cell cycle progresses. We identified divL as a component of the CbrA pathway and will  further  characterize  its  function.  Using  cell  biological  methods,  we  will  determine  its  role  in  cell  cycle  regulation and symbiosis. We will also use a genetic suppressor screen to identify cellular factors that interact  will DivL and confirm these interactions through in vitro biochemistry and in vivo protein localization studies.  We  identified  MorA  as  a  cell  cycle  regulator  that  is  functionally  redundant  with  CbrA  but  under  distinct  growth  conditions.  We  will  determine  how  MorA  is  integrated  into  the  two-­‐‑component  pathway  using  biochemical  assays  to  identify  its  cognate  response  regulator(s).  In  addition,  we  will  examine  how  MorA  activity  is  limited  to  certain  environmental  conditions  through  a  screen  for  regulatory  factors.  In  the  process,  our  studies  will  generate  genetic  tools  required  to  probe  the  function  of  a  pathway  that  includes  several  proteins whose activity is essential to viability and therefore challenging to study on a functional level in vivo.  Ultimately,  we  will  develop  a  mechanistic  model  for  cell  cycle  regulation  in  the  experimentally  tractable  S.  meliloti that will provide a basis for dissecting cell cycle controls in related pathogenic bacteria. Our research is  therefore  of  broad  importance  to  understanding  both  cell  cycle  progression  and  diverse  host-­‐‑microbe  interactions.