蜡样芽胞杆菌群全局调控因子PlcR和AtxA的“不相容性”研究

PlcR is a exclusive global regulators of Bacillus cereus sensu lato group，but PlcR protein is truncated and loss of function caused by a nonsense mutation in Bacillus anthracis. AtxA，which located on pXO1 plasmid，is the exclusive and most important global regulator of Bacillus anthracis. Recent studies suggested that atxA and plcR are possibly "incompatible", and it may be the selection pressure which caused the inactivation of PlcR in Bacillus anthracis. In this study, both Bacillus cereus and Bacillus anthracis will be taken into accounts. A series of deletion mutants and recombinant strains will be constructed, in order to simulate the evolution after Bacillus cereus obtains the virulence of Bacillus anthracis. Further, the incompatibility of PlcR and AtxA will be considered in sporulation, virulence and expression profile changes. This project will not only help to determine the molecular evolution of Bacillus cereus sensu lato group, but also conducive to analyze the relationship of multiple global regulatory networks and the antagonist mode of different virulence pathways.

PlcR是蜡样芽胞杆菌群(包括炭疽杆菌和蜡样杆菌等7种需氧芽胞杆菌)特有的全局调控因子，但炭疽杆菌plcR存在一个无义突变使得编码的PlcR蛋白截短而失去功能。AtxA是炭疽芽胞杆菌中调控其毒力的特有全局调控因子，其编码基因位于pXO1质粒上。目前的研究发现，atxA和plcR可能存在“互斥”作用，这可能是促使炭疽杆菌中plcR失活的选择压力。本研究从炭疽杆菌和蜡样杆菌两个视角，分别构建plcR和atxA的缺失突变株和导入株，模拟蜡样杆菌获得炭疽毒力的进化过程，从芽胞形成、毒力变化、表达谱变化等多个方面观察PlcR与AtxA的“不相容性”。本研究对于了解蜡样芽胞杆菌群在分子水平上的进化模式、研究多个全局调控因子的调控网络关系以及解析不同毒力途径的拮抗模式具有重要意义。

PlcR是蜡样芽胞杆菌群(包括炭疽杆菌和蜡样杆菌等7种需氧芽胞杆菌)特有的全局调控因子，但炭疽杆菌plcR存在一个无义突变使得编码的PlcR蛋白截短而失去功能。AtxA是炭疽芽胞杆菌中调控其毒力的特有全局调控因子，其编码基因位于pXO1质粒上。目前的研究发现，atxA和plcR可能存在“互斥”作用，这可能是促使炭疽杆菌中plcR失活的选择压力。. 本研究利用CRISPR/Cas9系统成功地实现了炭疽芽胞杆菌基因编辑和蜡样芽胞杆菌基因编辑，主要开展了炭疽芽胞杆菌和蜡样芽胞杆菌中plcR基因和atxA基因的功能的探究。plcR能够正调控大部分磷脂酶和溶血素基因的表达，炭疽芽胞杆菌plcR点突变激活株溶血酶、磷脂酶表型部分回复，蜡样芽胞杆菌plcR无义突变失活株溶血酶、磷脂酶表型部分丢失。这是由于溶血素基因tlyA和hblA不受plcR调控导致的。与文献报道的结论不同plcR与atxA共存不会影响芽胞形成，在炭疽芽胞杆菌中plcR激活株，不影响芽胞形成，同样的，在蜡样芽胞杆菌株中，atxA的导入也不影响芽胞形成。但炭疽芽胞杆菌B17D2中plcR激活后,对KM小鼠致病性显著降低。溶血素基因BA3355可能是导致B17D2(plcRG)对KM小鼠致病性显著降低的主要效应因子。plcR的激活对炭疽杆菌atxA的转录和表达没有显著影响，但外源atxA的导入对蜡样杆菌plcR的转录有明显的抑制作用。. 本研究从炭疽杆菌和蜡样杆菌两个角度进行研究，推翻了之前文献中二者共存会影响芽胞形成的结论，提出了plcR可能会通过激活溶血素BA3355导致炭疽杆菌毒力下降，这对于了解蜡样芽胞杆菌群在分子水平上的进化模式、研究多个全局调控因子的调控网络关系以及解析不同毒力途径的拮抗模式具有重要意义。