沙门氏菌中sRNA GcvB以及伴侣蛋白Hfq对STM4351基因的调控机理研究

Salmonella is a common and important pathogen found all worldwide that infect a wide range of hosts, including humans, animals and plants. One of the important projects is to control the damage cause by Salmonella. In Salmonella, small RNAs (sRNAs) comprise an important class of regulators. They participate in the cell responses to stress, changes in environmental conditions and nutrient availability. In doing so, sRNAs play a key role in cell adaptation. The regulation of sRNA require the function of a chaperone protein Hfq. Without Hfq, sRNA would lost the ability to control. With the help of Hfq, sRNA can positive/negative regulate the gene expression by binding 5’ UTR of mRNA through base pairing. Based on the size of enterobacterial genomes, it has been estimated that the number of sRNA genes may be in the range of 200–300，and normally, one sRNA has multiple gene targets. So, it is difficult to characterize all the mechanism of sRNA regulation. In applicant previous project, we found the mechanism of gene yifk expression repressed by Multi-Target small RNA regulator GcvB, because of GcvB acts by countering the yifk ACA enhancer function. Base on yifk research experience, applicant want to clarify the mechanism of another important gene- STM4351 regulate by GcvB, and hope this research could provide more information for Salmonella prevention.

沙门氏菌是一种广泛存在的，重要的病原菌，人、动物都可以受其危害，如何防治其危害，是一项重要的课题。在沙门氏菌中，非编码的小RNA(non-coding small RNA) 是一类重要的调控因子，参与调节细菌的毒力、营养物质的吸收以及对环境的适应等生命过程。小RNA的调控模型是在伴侣蛋白Hfq的协作下，通过与靶基因5’非编码区域（5’ UTR）碱基互补配对，对基因表达进行正/负调节。由于细菌中小RNA的数量较多，并且一个小RNA可以调节多个基因的表达，因此，目前为止，小RNA对基因的具体调控机理还不完全清楚。申请人在博士课题的研究工作中曾发现，沙门氏菌中一个重要的, 多调节位点的小RNA GcvB，对它的靶基因yifk的负调节是通过对翻译的增强子ACA的反向作用实现的。本项目在此基础上，研究GcvB 对另一个潜在的靶基因STM4351的调控机理，以期为沙门氏菌的防治提供理论基础。

在沙门氏菌中，非编码的小RNA(non-coding small RNA) 是一类重要的调控因子，参与多种生命过程。细菌中小RNA的数量较多，并且一个小RNA可以调节多个基因的表达，因此，目前为止，sRNA对基因的具体调控机理还不完全清楚。本项目通过sRNA GcvB 对精氨酸结合膜转移蛋白 (Putative arginine-binding periplasmic protein) 基因STM4351的调控研究表明，其调控模型是GcvB在伴侣蛋白Hfq的协作下，通过R1区域与基因5’UTR区域进行碱基互补配对，对基因表达进行正/负调节。进一步研究表明，GcvB与靶基因的结合区域还包括R2和R3区域，更为重要的是，除了GcvB对靶基因正/负调节外，其对靶基因mRNA的稳定性有重要影响，这种稳定作用可能是sRNA本身的特性，也有可能是有其他调控因子与sRNA协调作用引起的。此外本项目将GcvB 调节的靶基因数量由20多个增加为可能的1244个，其中负调节678个，正调节566个，这些差异表达基因主要涉及氧化还原活性、铁离子结合、运动活性等分子功能，细菌鞭毛的细胞成分，细胞呼吸、钴胺素代谢过程和钴胺素生物合成过程等生物过程，参与细菌趋化性、卟啉和叶绿素代谢、不同环境中的微生物代谢、双组分系统、甲烷代谢等14个信号通路。进一步通过验证，确定了包括STM4351在内的40个新的GcvB 调节的靶基因，扩展了小RNA的调控理论。项目实施过程中，课题参与硕士研究生9名，完成项目相关硕士学位论文2篇，撰写发表科研论文7篇(2篇已发表，4篇已接收，1篇已投稿)。