巴氏芽孢杆菌矿化作用机理及应用研究进展

本文介绍了具有诱导碳酸钙矿化功能的巴氏芽孢杆菌及其矿化核心酶脲酶的结构与功能,较为系统地综述了巴氏芽孢杆菌矿化作用的生物机制,简要介绍了国内外多领域关于巴氏芽孢杆菌矿化应用的研究现状及典型应用案例,并探讨了相应微生物矿化技术在特定环境下的应用前景及在未来应用中可能存在的不足之处,相关分析论述对进一步推进微生物矿化技术的应用具有较为重要的意义.     

芽孢杆菌γ-氨基丁酸代谢旁路研究进展

-γ氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)是一种在生物体中普遍存在的四碳非蛋白质氨基酸,具有较为广泛的生理功能。其代谢是通过GABA旁路(GABA shunt)来完成的。现就其基本性质、代谢调控特点、表达调控机制及其生理功能等方面分别介绍芽孢杆菌γ-氨基丁酸代谢旁路的研究进展。系统研究苏云金芽孢杆菌中γ-氨基丁酸代谢旁路的调控机制和生理功能,有可能为进一步了解其杀虫晶体和芽孢的形成机制提供思路和线索。     

枯草芽孢杆菌在系统与合成生物技术中研究进展及工业应用

枯草芽孢杆菌Bacillus subtilis是微生物生理生化机理研究的模式菌株,也是工业应用生产小分子化合物、大宗化学品、工业酶、药物及保健品等生物制剂的良好底盘细胞。近些年,研究枯草芽孢杆菌的合成生物技术和代谢工程方法日新月异,为利用其作为底盘细胞生产目标产品提供了良好的工具和理论参考。文中综述了利用枯草芽孢杆菌为细胞工厂,在代谢改造中通过调节全局调控因子,基因组精简及优化,多位点、多维调控,自身生物传感动态调控,膜蛋白工程等方法,系统调控优化菌株;在蛋白质试剂生产改造中,通过优化基因启动子、蛋白质信号肽、菌株自身蛋白质分泌元件,构建无化学诱导剂表达系统等方法,优化生产菌株。另外,文中对未来进一步针对优化枯草芽孢杆菌进行工业生产中需要注意和重点关注的问题、方向进行展望。     

苏云金芽孢杆菌双组份信号转导系统的生物信息学分析

苏云金芽孢杆菌(Bacillus thuringiensis)能产生杀虫晶体蛋白等多种活性成分,是目前应用最广泛的微生物杀虫剂。本文采用生物信息学方法,系统分析了由本实验室完成全基因组测序的苏云金芽孢杆菌YBT-1520、CT-43和BMB171 3个菌株的双组分信号转导系统(Two-componentsignal transduction system,TCS)的分布、结构及功能,并初步构建了部分TCS的调控网络关系图。本研究旨在为深入研究苏云金芽孢杆菌的生长、代谢以及毒力因子的表达与调控,全面了解伴孢晶体的形成机制开辟新的研究方向。     

转录组分析揭示玉米大斑病菌对解淀粉芽孢杆菌胁迫响应机制

在植物病害生物防治系统中,生防微生物的生物防治机制是关注的重点,而植物病原物如何响应并抵抗或缓解生防微生物胁迫的机制往往被忽略.本文以解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)和玉米大斑病菌(Setosphaeria turcica)为生防互作系统,利用RNA-seq技术研究S.turcica对B.amyloliquefaciens生防胁迫响应的分子机制,结果表明,与对照S.turcica样品比较,B.amyloliquefaciens发酵液处理的S.turcica样品中共有393个基因显著差异表达,其中168个基因上调表达,225个基因下调表达.已知解淀粉芽孢杆菌的抗菌物质一般作用于真菌细胞壁、细胞膜,通过破坏细胞壁及细胞膜的结构抑制真菌生长,因此,本研究在差异表达基因中重点分析S.turcica细胞壁、细胞膜结构相关基因,发现S.turcica上调表达细胞壁组分蛋白(1-6)-beta-D葡聚糖生物合成途径基因、麦角固醇合成途径Delta(14)甾醇还原酶基因、脂肪酸合成酶基因、抗氧化相关的抗坏血酸过氧化物酶基因、谷胱甘肽硫转移酶基因、腺苷三磷酸结合盒转运蛋白基因;下调表达调控细胞凋亡的Metacaspase基因.这说明S.turcica通过调节芽孢杆菌抗菌活性物质的靶标蛋白或合成途径的基因表达,以缓解B.amyloliquefaciens的生防胁迫作用,是一种涉及多个基因和多个信号途径共同参与调控的复杂网络.该研究结果将为研究病原真菌对生防微生物胁迫的抗性机制奠定基础.     

球形芽胞杆菌C3-41磷酸果糖激酶的克隆、表达及基本生物活性

[目的]球形芽孢杆菌缺乏EMP、HMP、ED途径的关键酶,如磷酸果糖激酶等被认为是其不能以糖类物质进行生长的主要原因.杀蚊球形芽孢杆菌C3-41全基因组序列分析表明,在染色体DNA上存在的磷酸果糖激酶基因pfk,为了进一步分析球形芽孢杆菌糖酵解途径,进一步确定磷酸果糖激酶在糖酵解途径中的功能.[方法]通过pfk基因在球形芽孢杆菌菌株中的Southern-blot拷贝数鉴定,在C3-41pfk基因克隆的基础上进行pfk基因在大肠杆菌中的融合表达、序列分析和序列比对等方法进行研究.[结果]证明了球形芽孢杆菌pfk基因由960 bp核苷酸组成,表达42 kDa的PFK融合蛋白,有保守的底物结合域和ATP结合域,同时pfk基因重组表达质粒可以回复大肠杆菌pfk缺陷型菌株DFl020代谢糖的能力.[结论]杀蚊球形芽孢杆菌C3-41的pfk表达产物具有磷酸果糖激酶活性,为今后深入研究球形芽孢杆菌产能代谢机理奠定了基础.     

巴氏芽孢八叠球菌及相关微生物的生物矿化的分子机理与应用

巴氏芽孢八叠球菌是迄今为止所知的利用尿素降解进行生物矿化的最为高效的微生物系统之一,基于其碳酸钙生物矿化形成的"超强能力",巴氏芽孢八叠球菌已经被成功地应用于沙石、土壤等生物固化中,成为一种全新的、具有极大潜力的生物建筑辅助技术,被称为"生物水泥"。由于巴氏芽孢八叠球菌分离自土壤,没有病原性并具有极好的环境友好性。近年来,其应用领域被拓展到环境治理乃至健康医疗领域,成为全新的研究热点。然而,与应用研究相比,人们对巴氏芽孢八叠球菌生物矿化背后的分子机理还知之甚少。因此,这里针对迄今为止国内外对于巴氏芽孢八叠球菌生物矿化相关的分子机理的研究进行分析介绍,在此基础上综述了包括建工、环境、及医疗健康领域在内的巴氏芽孢八叠球菌的应用,希望能够促进对于该球菌矿化的研究。     

肌苷生产菌枯草芽孢杆菌ATCC 13952的全基因组测序及序列分析

摘要:【目的】枯草芽孢杆菌ATCC 13952是一株肌苷工业生产菌株。为深入研究ATCC 13952菌株积累肌苷的分子机制以及为进一步分子育种研究提供序列背景信息,有必要解析ATCC 13952菌株的基因组序列信息。【方法】本研究采用高通量测序和Sanger测序相结合对ATCC 13952菌株进行全基因组测序,然后使用相关软件对测序数据进行基因组组装、基因预测与功能注释、GO/COG 聚类分析、共线性分析等。【结果】枯草芽孢杆菌ATCC 13952整个基因组大小为3876276 bp,GC含量为45.8%,序列已提交至GenBank 数据库,登录号为CP009748。比较基因组及嘌呤代谢相关基因分析结果显示:枯草芽孢杆菌ATCC 13952与其他几株芽孢杆菌具有较好的基因组共线性关系,嘌呤代谢相关基因编码的蛋白与标准菌株比较发生了一些缺失和突变。【结论】本研究首次报道了一株肌苷生产菌枯草芽孢杆菌ATCC 13952的全基因组序列,分析了基因组基本特征,初步探讨了该菌株积累肌苷的分子机制,为后续的进一步分子育种提供了理论基础。     

芽孢杆菌鞭毛及其运动相关特性的研究进展

鞭毛是着生在很多细菌体表的细长弯曲丝状物,作为细菌的运动“器官”,鞭毛是微生物学中研究最深入的生理系统之一。细菌可以通过鞭毛运动更好地适应栖息环境,并在环境条件不利时及时逃离。此外,鞭毛运动对于有害细菌或者有益细菌在宿主表面的定殖、生物膜形成及其与宿主其他互作过程中都发挥着重要作用。芽孢杆菌(Bacillus sp.)是一类在自然界中广泛分布的细菌,其许多菌株在工农业生产及医药等领域都有重要的应用价值,本文对芽孢杆菌鞭毛及其运动相关特性的研究进展进行了综述：芽孢杆菌鞭毛的结构组成、组装过程及合成基因的表达调控;芽孢杆菌运动性与相关生物学特性,包括生物膜形成和分散、芽孢的形成、感受态形成、γ-聚谷氨酸和抗生素生产等方面之间的相互关系及其底层分子机制。本综述旨在为本领域的相关研究提供可参考的综合知识和理论指导依据。     

苏云金芽孢杆菌晶体蛋白的分子遗传学

本文综述了苏云金芽孢杆菌晶体蛋白研究的最新进展,着重阐述了晶体蛋白的分子遗传学,包括晶体蛋白基因的定位及分离、基因结构及其与蛋白质结构与功能的关系,基因在芽孢形成过程及在体外系统中的表达调节及其分子机制,指出了晶体蛋白基因研究在理论上的意义和在实际应用中的前景。     

产脲酶芽胞杆菌的微波诱变育种

巴氏芽胞杆菌是目前微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)方法中应用最为热门的一种细菌。为提高巴氏芽胞杆菌尿素分解以及矿化能力,以巴氏芽胞杆菌YB-B为出发菌株,采用微波诱变育种技术,通过诱变菌株特性筛选及其遗传稳定性检测,成功选育出2株突变菌株YB-3和YB-4。与出发菌株相比,诱变菌株尿素分解能力较原菌株提高1.5倍左右,矿化能力提高114%。诱变菌株具有生长速度快,环境适应性强,矿化能力高等优点,这为MICP更广层次的应用奠定了坚实的基础。     

冰菜盐胁迫下的转录组分析

为了解冰菜(Mesembryanthemum crystallinum)叶片抗盐相关基因组学,利用Illumina Hi-seq TM2500高通量测序技术研究冰菜叶片在400 mmol L~(–1) NaCl胁迫下转录组基因的差异表达。结果表明,从400 mmol L~(–1) NaCl胁迫和对照的冰菜叶片中共获得13.01 Gb Clean data,Q30碱基均大于90.08%。共获得123个差异表达基因(DEGs),包括73个上调基因,50个下调基因,其中功能注释的基因有96个。根据Unigene库序列进行GO、COG和KEGG注释,筛选出8个与抗盐性相关差异表达基因,植物激素代谢相关基因,脱落酸8'-羟基化酶、吲哚-3-乙酰酸酰胺合成酶和茉莉酮酸酯ZIM结构域蛋白基因均下调表达,生长素响应蛋白、细胞分裂素合酶基因则上调表达,糖代谢相关基因棉子糖合成酶基因上调表达,质膜H+-ATPase基因上调表达,脱水蛋白基因下调表达。这为冰菜耐盐基因组学和分子生物学的研究奠定基础。     

Lactose mother liquor as an alternative nutrient source for microbial concrete production by <Emphasis Type="Italic">Sporosarcina pasteurii</Emphasis>

Microbiologically induced calcite precipitation by the bacterium Sporosarcina pasteurii (NCIM 2477) using the industrial effluent of the dairy industry, lactose mother liquor (LML) as growth medium was demonstrated for the first time in this study. The urease activity and the calcite precipitation by the bacterium was tested in LML and compared with the standard media like nutrient media and yeast extract media. Calcite constituted 24.0% of the total weight of the sand samples plugged by S. pasteurii and urease production was found to be 353 U/ml in LML medium. The compressive strength of cement mortar was increased by S. pasteurii in all the media used compared to control. No significant difference in the growth, urease production and compressive strength of mortar among the media suggesting LML as an alternative source for standard media. This study demonstrates that microbial calcite acts as a sealing agent for filling the gaps or cracks and fissures in constructed facilities and natural formations alike.     

白化菠萝蜜茎2个蛋白激酶和4个转录因子家族分析

为探究蛋白激酶(PKs)和转录因子(TFs)在白化菠萝蜜(Artocarpus heterophyllus)幼苗茎次生生长中的表达变化,基于转录组数据对其差异表达基因(DEGs)进行预测及分类,并对挑选出的2个PKs和4个TFs家族构建系统进化树。结果表明,胞质类受体激酶(RLCK)-VIII家族的DEGs上下调表达各4个,亮氨酸富集重复类受体激酶(LRR-RLK)-X家族Xa和Xb-2分支中的DEGs均下调表达,Xb-1中的均上调,TCP家族的20个DEGs中有15个上调表达,zf-HD和GRF家族中的大多数DEGs上调表达,Alfin-like家族中的DEGs均下调表达。因此,这表明6个家族可能在菠萝蜜茎的次生生长过程和应对非生物胁迫中发挥重要作用。     

Ammonium assimilation in Proteus vulgaris,Bacillus pasteurii,and Sporosarcina ureae

No active uptake of ammonium was detected in Proteus vulgaris, Bacillus pasteurii, and Sporosarcina ureae, which indicates that these bacteria depend on the passive diffusion of ammonia across the cell membrane. In P. vulgaris the glutamine synthetase-glutamate synthase (GS-GOGAT) pathway and glutamate dehydrogenase (GDH) were present, and these enzymes exhibited high affinities for ammonium. In B. pasteurii and S. ureae, however, no GS activity was detected, and GOGAT activity was only present in S. ureae. GDH enzymes were present in these two organisms, but showed only low affinity for ammonium, with apparent K _m-values of 55.2 mM in B. pasteurii and 36.7 mM in S. ureae, repectively. These observations explain why P. vulgaris is able to grow at neutral pH and low ammonium concentration (2 mM), while B. pasteurii and S. ureae require high ammonium concentration (40 mM) and alkaline pH for growth.Non-standard abbreviations GS glutamine synthetase - GOGAT glutamate synthase - GDH glutamate dehydrogenase - GT glutamyl transferase - MA methylammonium - NB nutrient broth - YE yeast extract - NA nocotinic acid     

球囊菌胁迫中华蜜蜂幼虫肠道过程中病原的转录组学研究

【目的】本研究利用RNA-seq技术对球囊菌胁迫的中华蜜蜂(中蜂)幼虫肠道进行深度测序,经趋势分析得到差异表达基因(DEGs)的显著表达模式,进而对胁迫过程中的球囊菌进行转录组学分析。【方法】利用Illumina HiSeq 2500平台对球囊菌胁迫的中蜂幼虫肠道进行深度测序,并利用相关软件进行了深入分析。最后,通过RT-qPCR对RNA-seq数据进行了验证。【结果】本研究共得到球囊菌的41133932条高质量clean reads。22865个DEGs共聚类为8个基因表达模式,其中,16769个DEGs聚类为2个显著上调趋势与2个显著下调趋势。GO富集分析结果显示,显著上调与显著下调趋势中的DEGs分别富集于40与37个GO term,基因富集数最多的为细胞进程(2486 unigenes)。KEGG代谢通路(pathway)富集分析结果显示,显著上调与显著下调趋势中的DEGs分别富集于119和112个pathway,基因富集数最多的分别是氨基酸生物合成(127 unigenes)与核糖体(98 unigenes)。进一步分析表明球囊菌在胁迫中蜂幼虫肠道的过程中通过提高物质合成促进其增殖,而宿主通过抑制球囊菌的蛋白合成抵御病原入侵。富集在MAPK信号通路的11个DEGs的表达水平随着胁迫时间的延长而逐渐下降,推测中蜂幼虫通过抑制该通路而阻遏球囊菌增殖。【结论】本研究不仅为揭示白垩病过程中的球囊菌-中蜂幼虫互作提供了重要信息,也为阐明不同抗性蜂种的球囊菌抗性差异奠定了基础。     

Strain improvement of <Emphasis Type="Italic">Sporosarcina pasteurii</Emphasis> for enhanced urease and calcite production

Phenotypic mutants of Sporosarcina pasteurii (previously known as Bacillus pasteurii) (MTCC 1761) were developed by UV irradiation to test their ability to enhance urease activity and calcite production. Among the mutants, Bp M-3 was found to be more efficient compared to other mutants and wild-type strain. It produced the highest urease activity and calcite production compared to other isolates. The production of extracellular polymeric substances and biofilm was also higher in this mutant than other isolates. Microbial sand plugging results showed the highest calcite precipitation by Bp M-3 mutant. Scanning electron micrography, energy-dispersive X-ray and X-ray diffraction analyses evidenced the direct involvement of bacteria in CaCO₃ precipitation. This study suggests that calcite production by the mutant through biomineralization processes is highly effective and may provide a useful strategy as a sealing agent for filling the gaps or cracks and fissures in any construction structures.     

Growth and amino acid contents of<Emphasis Type="Italic">Spirulina platensis</Emphasis> with different nitrogen sources

The growth and amino acid contents of the cyanobacterium,Spirulina platensis strain NIES 46, were investigated using ammonium, nitrate, nitrite, or urea as the sole nitrogen source in a batch culture. Chlorophylla concentration was highest at 2,096 μg/L in the nitrate group after 10 days of cultivation, while the dry weight ofS. platensis was highest at 4.5 g/L in the ammonium group after 30 days of cultivation. The total amino acid content was highest at 174 mg/g dry weight ofS. platensis in the urea group at the end of the cultivation period, yet the amino acid patterns forS. platensis were similar for all the experimental groups. Therefore, it seemed that the growth and amino acid composition ofS. platensis varied depending on the type of nitrogen sources, while the amino acid patterns were not changed. Also, the most efficient harvesting time forS. platensis seemed to be approximately 10 days after cultivation.     

乙烯诱导水仙成花相关代谢物和基因的筛选与分析

为了解乙烯诱导水仙(Narcissus tazetta var.chinensis)成花的生理和分子机制,利用代谢组和转录组测序技术,筛选乙烯诱导水仙成花的差异表达代谢物和基因.结果表明,乙烯处理的侧芽检测到12个差异表达代谢物(DEM),包括7个上调,5个下调,其中,(±)7-表茉莉酸、多巴胺、亚精胺可能与乙烯诱导水...     

生物膜形成中间状态下副溶血弧菌的基因转录谱分析

【目的】探究生物膜形成中间状态下副溶血弧菌的差异基因表达情况,为今后研究生物膜形成调控机制提供基因信息。【方法】以非生物膜形成条件下为参照,采用Illumina HiSeq测序平台进行转录组测序（RNA sequencing,RNA-seq）研究,分析生物膜形成中间状态下副溶血弧菌的基因表达情况,并采用实时定量PCR （quantitative real-time PCR,qPCR）进行验证。【结果】本研究共获得979个差异显著性表达基因（differentially expressed gene,DEG）,其中下调基因379个,上调基因600个。基因本体（gene ontology,GO）分类分析结果显示,共有363个DEGs注释到分子功能、细胞组分和生物学过程3个一级分类和30个二级分类;京都基因和基因组百科全书（Kyoto encyclopedia of genes and genomes,KEGG）代谢途径分析结果显示,共有706个DEGs归到37个代谢通路中（Q value<0.05）,差异表达基因主要集中在细胞代谢和转运通路上;蛋白相邻类的聚簇（clusters of orthologous groups,COG）分类结果显示,有888个DEGs可归为20个类别,涉及DEGs最多的为氨基酸转运与代谢、一般功能预测基因、能量产生与转换以及未知功能基因。qPCR验证挑选的DEGs变化趋势均与RNA-seq的结果一致。此外,从转录组数据中共筛选出10个c-di-GMP代谢相关基因、1个侧生鞭毛蛋白基因（lafA）、13个极生鞭毛合成相关基因、6个荚膜多糖合成相关基因、6个胞外多糖合成相关基因、5个IV型菌毛合成相关基因、膜融合蛋白（membrane fusion protein,Mfp）基因（cpsQ-mfpABC）、14个III型分泌系统1（T3SS1）相关基因、14个Vp-PAI基因（1个tdh2和13个T3SS2基因）、3个VI型分泌系统1（T6SS1）相关基因、6个T6SS2基因、45个推定调控子基因和15个推定的外膜蛋白基因。【结论】生物膜形成引起副溶血弧菌基因表达谱发生明显变化,差异表达基因中包含生物膜形成相关基因、关键毒力基因和许多推定调控子基因等,这为后续研究生物膜形成调控机制提供重要信息。