鼠疫菌调控子RcsB和RcsAB调控生物膜形成的分子机制研究

Compared to its ancestor Yersinia pseudotuberculosis, Yersinia pestis (the causative agent of plague) has evolved the flea-borne route of transmission, and the biofilm formation of the plague bacteria greatly contributes to the transmission. As shown previously, the rcsA gene has become a pseudogene in Y. pestis, which makes the absence of the RcsAB complex that acts as a transcriptional repressor of biofilm genes; in turns, the plague bacteria evolves the ability to form biofilms in flea vector. In this study, the transcriptional regulation of the biofilm phenotypes and the biofilm genes (hmsHFRS, hmsT, hmsD, and waaA) by RcsB and RcsAB, and the interaction of RcsB and RcsA in gene regulation will be characterized to explore how the changes in the regulatory circuits controlled by RcsAB promote the evolution of biofilm formation in Y. pestis. The results will the promote the deeper understanding of the molecular mechanisms of the flea-borne route of transmission of Y. pestis.

相较于其祖先假结核菌，鼠疫菌演化出经跳蚤为媒介的独特传播途径，且与鼠疫菌形成生物膜紧密相关。已有研究表明：鼠疫菌的rcsA基因在进化中成为假基因，因此无法表达RcsA而不能形成复合体型调控子RcsAB而去抑制生物膜基因的转录，从而使鼠疫菌具备了在蚤体中形成生物膜的能力。本研究试图探究调控子RcsB和RcsAB对鼠疫菌生物膜的调控作用，探究调控子RcsB和RcsAB对生物膜基因hmsHFRS、hmsT、hmsD、waaA的转录抑制作用，深入研究RcsA和RcsB蛋白在基因调控中的单独与协同作用机理，了解RcsAB调控环路变化与鼠疫菌生物膜形成能力进化的关系，以进一步阐述鼠疫菌经媒介传播的分子机制。

相较于其祖先假结核耶尔森氏菌（以下简称假结核菌），鼠疫耶尔森氏菌（以下简称鼠疫菌）演化出的经跳蚤为媒介的独特传播途径与其形成生物膜能力密切相关。已有研究表明：鼠疫菌的rcsA 基因在进化中插入了30个碱基成为假基因，因此无法表达有生物学活性的RcsA而不能形成复合体型调控子RcsAB，因此，生物膜形成相关基因得以转录，使鼠疫菌具备了在蚤前胃中形成生物膜的能力。.在前人对鼠疫菌的研究中，发现了小RNAsR035（本研究中正式命名为HmsB）。hmsB在基因组中的位置与鼠疫生物膜形成相关的操纵子hmsCDE十分接近，其表达水平也受温度变化影响。因此我们推测HmsB有可能调控鼠疫菌生物膜的形成。.本研究优化了结晶紫实验、菌落表面褶皱实验、线虫虫卵发育实验等鼠疫菌生物膜表型检测平台，使后续的研究结果更加稳定、可靠。在此基础上，我们通过基因敲除与回补，验证了调控子小RNA HmsB对鼠疫菌形成生物膜的正调控作用猜想。并对其分子机制进行了初步探索。发现HmsB正调控鼠疫菌中的第二信使c-di-GMP，而c-di-GMP已证实与鼠疫菌生物膜形成相关。此外，HmsB对hmsHFRS、hmsT和hmsCDE等多个生物膜相关基因的转录水平具有直接正调控作用；同时间接负调控hmsP。.本研究中，我们了解了RcsB对鼠疫菌生物膜的调控作用，及RcsA的失活对鼠疫菌生物膜形成的影响，并深入探究其分子机制。通过回补假结核菌中有活性的rcsA，我们模拟了假结核菌中的RcsAB基因型。表型实验表明RcsA辅助RcsB负调控生物膜的形成。通过分子实验，我们发现RcsAB对hmsB，及hmsHFRS、hmsT、hmsD等生物膜正相关基因具有直接的转录抑制作用；对hmsP有间接的正调控作用。深入研究了RcsA和RcsB蛋白在此调控中的单独与协同作用机制，了解RcsAB调控环路变化与鼠疫菌生物膜形成能力进化的关系，为进一步阐述鼠疫菌经媒介传播的分子机制奠定了基础。