耐辐射奇球菌群体感应调控因子DqsR参与氧化胁迫抗性基因调控的分子机制

Deinococcus radiodurans (DR) is a bacterium which is known for its resistance to extreme stresses including irradiation and oxidants. Intracellular oxidative-stress resistant system plays important roles in its exceptional resistance to stresses. Our previous results identified the special DqsIR quorum sensing system (QS) in D. radiodurans. Gene mutation of its regulator DqsR resulted in significant decrease of cellular resistance to oxidative stress and down-regulation of transcriptional level of resistant genes including intracellular oxidative-stress response and damage repair genes, indicating that DqsR might be a pleiotropic regulator. The molecular mechanism of gene regulation by DqsR on oxidative-stress resistant genes remains unclear. Based on our previous study, we plan to investigate the binding properties of DqsR with QS signals, gene regulation mechanism and conserved binding sites on targeted genes of DqsR using analyses including gene mutation and functional complementation, interactions of protein with signals and with DNA. The objectives of this project are to elucidate the regulation mechanism of DqsR on oxidative-stress resistant genes and reveal the resistance of D. radiodurans in response to oxidative stress in view of quorum sensing. The results will provide fundament and novel insights to understanding the resistance of D.radiodurans to extreme stresses.

耐辐射奇球菌（DR）是一种能够忍受强烈电离辐射、氧化剂等极端环境的微生物，氧化抗性体系在DR菌超强抗性中起着重要作用。申请人前期研究发现了DR菌特殊的DqsIR群体感应系统，其调控因子DqsR突变导致菌体氧化抗性显著降低和胞内氧化压力响应、损伤修复等抗性基因转录水平下调，表明DqsR可能是一种多效性调控因子。目前DqsR参与氧化胁迫抗性基因调控的分子机制尚不清楚。本课题计划在前期研究的基础上，通过基因突变与补偿、蛋白与信号分子相互作用、蛋白与DNA相互作用分析等手段，研究并揭示群体感应调控因子DqsR的信号结合作用特性、靶基因的调控和序列特征等分子机制，阐明DqsR对氧化胁迫抗性基因的调控规律，旨在从群体感应水平揭示耐辐射奇球菌应对氧化胁迫的抗性作用机制，为深入了解菌体极端环境抗性机理提供基础和新的见解。

耐辐射奇球菌（Deinococcus radiodurans, DR）是一种能够忍受强烈氧化胁迫压力等极端环境的微生物，从群体水平上研究DR菌如何应对氧化胁迫压力及其调控机制，对解释DR菌极强的抗性十分重要。本项目围绕DR菌群体感应与氧化胁迫抗性的关系和调控机制，利用生化和分子生物学等手段研究了群体感应调控因子DqsR的信号结合特性、靶基因的调控和序列特征等分子机制。研究发现AHL信号分子能够引起DqsR蛋白的二聚化，在信号分子处理条件下DqsR调控的基因转录水平上调，表明了AHL-DqsR结合对DqsR功能和基因转录调控的重要作用。分析鉴定了DqsR作用的靶基因，DqsR蛋白结合的保守DNA序列特征为含有RhlR motif的同源序列，DqsR可能通过直接结合靶基因的启动子序列来控制其转录；筛选DqsR作用的重要靶基因并研究了其功能，其中锰离子转运相关的MntC（DR_2523）等基因缺失能够导致菌体氧化抗性降低，而且氧化胁迫下其基因转录水平上调，表明其参与了菌体的氧化胁迫抗性；研究表明，DqsR调控的DR_0349等蛋白酶可能激活了特殊的毒素-抗毒素系统MazEF-dr，鉴定了MazEF-dr的功能，毒素MazF-dr具有核糖核酸酶活性，在RNA水平上参与菌体的环境胁迫压力抗性。分析了N端的信号受体结构域和C端的DNA结合结构域及其关键位点，结果表明这两个结构域在DqsR功能中起重要作用，而且N端E62、C端R177、R203和R221为关键位点，阐明了DqsR调控氧化胁迫抗性基因的规律。研究成果为从群体水平上揭示耐辐射奇球菌应对氧化胁迫的抗性作用机制、深入了解耐辐射奇球菌的超强氧化抗性机理提供了新的见解。