喜温嗜酸硫杆菌中sigma因子对硫代谢和环境压力适应性的调控

Acidithiobacillus caldus (A. caldus) is a representative sulfur-oxidizing bacterium in bio-leaching. It has a unique sulfur oxidation mechanism and an adaptability to the extreme environment. The σ factor could recognize the promoter of the gene and initiate the transcription. It plays a key role in the transcriptional regulation of the bacteria. First of all in this project, transcriptional levels of σ factors are determined when A. caldus is under different sulfur energies and various environment stresses; second, two gene knockout mutants (ΔrpoN and ΔrpoS) are constructed and then used to do the researches about the physiological properties and growth characteristics and the transcriptomics; third, one σ54-dependent regulation pathway are verified, σ54— two component systems —Sox sulfur oxidation system. This project will uncover the regulatory relationships of the σ factors to the sulfur metabolism and to the adaptability to environmental stresses; the genes regulated by σ54 and σ38 will be determined and the sequence signatures of the promoters will be analyzed; the regulation of σ54 to Sox sulfur oxidation will be confirmed. The project is the first study about the σ factors in A. caldus on the international. It will obtain a better understanding to A. caldus with the development of the project, which will lay the foundation for illumination of the unique sulfur oxidation mechanism and the adaptability to the extreme environment.

喜温嗜酸硫杆菌（Acidithiobacillus caldus）是生物冶金中代表性的硫氧化细菌，具有独特的硫代谢系统和极端环境适应性。sigma因子（σ）负责基因转录时启动子的识别和转录的起始，在细菌基因的转录调控方面具有重要作用。本项目首先对A. caldus中σ因子在不同硫能源和环境压力下的转录水平开展研究；第二，通过构建σ54和σ38的基因敲除株，开展生理、生长特性及转录组学研究；最后，验证依赖σ54的调控途径，即：σ54—双组分系统—Sox 硫氧化途径。通过本项目的研究，揭示σ因子对硫代谢和环境压力适应性的调控作用；确定σ54和σ38转录调控的基因及其识别的启动子的序列特征；揭示σ54对Sox硫代谢途径的调控作用。本项目是国际上首次对A. caldus中σ因子的系统研究，随着项目的实施必将对A. caldus的认识达到更高的水平，为最终揭示其独特代谢方式和极端环境适应性奠定基础。

嗜酸性喜温硫杆菌（Acidithiobacillus caldus）为革兰氏阴性硫氧化细菌，是生物冶金中的优势菌。sigma因子控制细菌中基因的转录，在细菌代谢、环境适应方面扮演着重要的调控作用。项目围绕A.caldus中sigma因子开展了sigma因子与硫代谢和环境压力的关系研究、关键sigma因子调控功能和调控途径的研究工作。利用筛选出的A. caldus中稳定内参基因，通过RT-qPCR技术在转录水平上分析了A. caldus中sigma因子在不同能源、有机质添加及环境压力下的转录变化情况，揭示了sigma因子转录变化与不同条件的紧密联系。利用遗传操作技术构建了sigma54、sigma38和sigma28的基因敲除/过表达突变株，并通过突变株生长特性研究和基因转录水平分析，确定了sigma28在A. caldus鞭毛合成中的基础性作用，揭示了sigma38在A. caldus有机质代谢及环境压力适应中的调控作用，证实了sigma54在A. caldus的Sox硫代谢系统中的调控作用。围绕在A. caldus等硫氧化菌中发现的tspSR-sox类型基因簇，开展了双组分系统TspS和TspR蛋白的结构域分析预测工作，鉴定出sigma54类型启动子（包括转录起始位点、-12和-24区、调控蛋白TspR的结合序列UAS），基于研究成果提出了A. caldus及其它硫氧化菌中σ54依赖的双组分系统TspSR对sox基因的转录调控模型。项目执行过程中，建立了一套完整的适合A. caldus基因转录水平分析的技术体系，揭示了不同sigma因子在A. caldus能量代谢、物质合成和环境压力适应中的独特调控功能，发掘并鉴定出一套依赖sigma54的信号感知、传递及基因转录调控的途径。初步建立起了A. caldus中sigma因子调控功能的知识体系，为进一步从全局角度开展相关分子机制的深入研究和基因工程改造提供了思路和指导。