Sigma因子MGMSRv2_2106调控趋磁细菌MSR-1磁小体合成机制的研究

Magnetotactic bacteria is a kind of specialized microorganism, the common characteristics of those microorganisms are that they synthesize intracellular membrane enveloped nanoparticles, which are composed of iron oxide, called magnetosomes. Due to the theoretical significance and potential applications, the mechanism of magnetosome biosynthesis is widely concerned and studied..It was identified that magnetosome biomineralization is mainly regulated by genes which are localized to a large genomic region called the magnetosome island. In addition, some transcriptional regulators in charge of iron and oxygen metabolism also participate in the regulation of magnetosome biosynthesis. The applicant has proved that a LysR family regulator OxyR-Like take part in the control of magnetosome maturation, and the transcription activity of gene nearby oxyR-Like gene, which coding a Sigma factor, is probably regulated by OxyR-Like, then the expressed sigma factor regulates the expression of functional genes..To illuminate the hypothesis mentioned above, in this research, the function of this Sigma factor is going to be analyzed, the situation of cell growth and magnetosome synthesis will be observed after the Sigma factor coding gene was disrupted in magnetotactic bacteria MSR-1, to prove the affection of Sigma factor. On the other hand, transcriptome, chromatin immunoprecipitation and electrophoretic mobility shift assay are used to reveal the regulatory network of this Sigma factor and its way to regulate magnetosome synthesis.

趋磁细菌是一类特殊微生物，其共同特征为能够在体内合成具有膜包被的由铁氧化合物组成的磁性纳米颗粒，称为磁小体。由于具有重要的理论意义及潜在的应用前景，磁小体的体内合成机制受到了广泛的关注和研究。.研究表明，特异存在于趋磁细菌体内的一段被称作磁小体岛的基因片段与磁小体合成密切相关。此外，胞内诸多参与调节铁氧代谢通路的转录因子也在磁小体合成及成熟过程中行使功能。申请人在前期研究中证明，LysR家族转录因子OxyR-Like参与调节磁小体的成熟，而与其编码基因相邻的Sigma因子编码基因转录活性很可能受其调控进而调节下游功能基因的转录活性。.为证明上述假设，本研究拟对磁螺菌MSR-1中Sigma因子编码基因进行缺失，并通过突变株表型分析证明该基因对菌株生长及磁小体合成的影响。同时通过转录组文库构建、染色质免疫共沉淀、凝胶阻滞等技术手段揭示该Sigma因子的体内调控网络及其参与磁小体合成过程的方式。

趋磁细菌是一类特殊微生物的总称，其共同点是能够合成被称作磁小体的天然覆膜纳米磁性颗粒；通常磁小体晶核由磁性铁氧或铁硫化合物组成。因具有诸多理化特性，磁小体在医学影像、生化检测及环境科学等领域得到广泛研究和应用。长期以来，产量和生产成本一直是制约磁小体大规模应用的瓶颈，通过基因改造提高趋磁细菌磁小体产量是解决这一技术问题的有效途径，而这一技术得以有效应用的前提是磁小体合成生物机制的明确。.基于上述背景，本研究根据已有结果，以趋磁细菌模式菌株MSR-1为实验材料，对该菌中Sigma因子MGMSRv2_2106（RpoH）进行了功能解析，以探究其在磁小体合成过程中的调控功能。结果表明，当rpoH基因缺失后，磁小体合成起始点滞后，但磁小体粒径、成熟度、排列方式等未受到明显影响。CHIP-Seq结果表明，RpoH在体内主要结合启动子区序列，且其结合序列下游基因功能主要集中于碳源、氨基酸及能量代谢以及信号转导等途径，具有保守的结合结构域。该结果初步证实RpoH与其相邻转录因子LTTR家族蛋白OxyR-Like具有类似功能。另外，大量参与胞内信号转导的蛋白表达活性受RpoH蛋白调控则暗示该转录因子可能通过间接方式而非直接结合的途径调节功能蛋白活性。.此外，对rpoH临近基因oxyR-Like功能的深入研究表明oxyR-Like缺失突变菌株抗氧化胁迫能力显著降低，表达谱分析结果显示转录因子OxyR-Like与胞内电子传递、氧化还原状态控制、能量代谢以及胞内信号转导等途径相关，进而间接参与磁小体合成及成熟过程的控制。同时，依托高密度培养和高分辨电镜技术，对由oxyR-Like基因缺失突变株中磁小体合成受阻，组分发生变化而引发的对于磁小体成熟过程经历不同铁氧化物中间态的推测也首次得到了实验证实。.最后，为填补磁小体合成调控网络中上游转录调控因子与功能蛋白之间的缺失，本研究利用DNA pull-down技术，初步探索了能够直接调控磁小体岛蛋白—这类介导磁小体合成的关键蛋白表达水平的转录调控因子，并成功捕获了能够与mamAB基因簇结合的转录因子MucR，为后续研究提供了明确方向。