天山根瘤菌转录调控蛋白MsiR与靶DNA序列特异性识别的分子机理研究

LysR-Type transcriptional regulator MsiR in Mesorhizobium tianshanense (M.t) could response to canavanine, an antimetabolite released from its host plant licorice, to transcriptionally activate the expression of msiA gene, which encodes a canavanine exporter and facilitate the survival of M.t in rhizosphere of licorice. The specific recognition and transcriptional regulation of MsiR on msiA promoter (target DNA) play an essential role in signal communication between bacteria and plant. In this study, we will focus on the mechanism of specific recognition of MsiR on target DNA. We will identify the key nucleotides of the target DNA and the key amino acids from MsiR protein, which are crucial for specific recognition between MsiR and the target DNA, by using the methods of EMSA, Footprinting, Biacore, in vivo assay, etc. Then we will build up the relationship between the key nucleotides and the key amino acids by molecular simulation methods, such as homology modeling and molecule docking, etc. Our work would facilitate to uncoding the regulation mechanism of MsiR on msiA promoter and pave the way for understanding the signal communication between bacteria and plant in molecular level.

中慢生型天山根瘤菌中LTTRs家族转录调控蛋白MsiR可以响应其宿主植物甘草分泌的抗代谢物---刀豆氨酸，转录激活刀豆氨酸外运蛋白misA基因的表达，使天山根瘤菌可以在甘草根际环境中存活。MsiR对msiA基因启动子的特异性识别和转录激活在菌植早期互作中扮演重要角色。本研究在前期工作的基础上，重点研究MsiR蛋白对msiA启动子DNA（靶DNA）特异性识别的分子机制，拟通过凝胶阻滞实验、足迹法、Biacore、体内活性检测等方法确定靶DNA中被MsiR特异识别的关键核苷酸位点和MsiR蛋白上特异识别靶DNA序列的关键氨基酸位点。然后利用同源建模和分子对接等模拟计算的方法建立关键核苷酸位点和关键氨基酸位点的一一对应关系，阐明MsiR蛋白对靶DNA特异性识别的分子机制，为进一步解析MsiR响应植物信号分子对msiA启动子的精确调控机理以及在分子层面理解高等植物和低等细菌间的信号互作奠定基础。

中慢生型天山根瘤菌中LTTRs家族转录调控蛋白MsiR可以响应其宿主植物甘草分泌的抗代谢物---刀豆氨酸，转录激活刀豆氨酸外运蛋白misA基因的表达，使天山根瘤菌可以在甘草根际环境中存活。MsiR对msiA基因启动子的特异性识别和转录激活作用在菌植早期互作中扮演重要角色。本项目重点研究MsiR蛋白对msiA启动子DNA（靶DNA）特异性识别的分子机制。我们通过凝胶阻滞实验、足迹法、BiaCore、体内活性检测等方法确定了msiA启动子DNA（靶DNA）中被MsiR特异识别的RBS１、RBS２、ABS１、ABS２、ABS３和ABS４等六个位点以及MsiR蛋白α3螺旋上特异识别靶DNA序列的4个关键氨基酸位点。然后，通过建立随机文库的方法，获得了ABS３位点的简并序列，并发现ABS３可能在msiA转录过程发挥独特的作用。最后，利用同源建模和分子对接等模拟计算的方法建立了关键核苷酸位点和关键氨基酸位点的一一对应关系。我们的工作阐明了MsiR蛋白对靶DNA特异性识别的分子机制，为进一步解析MsiR响应植物信号分子对msiA启动子的精确调控机理以及在分子层面理解高等植物和低等细菌间的信号互作奠定基础。