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The global regulation of c-di-gmp and cAMP in bacteria

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mLife 2024年第1期3卷 42-56页

作者： cong Liu Rui Shi Marcus S.Jensen Jingrong Zhu Jiawen Liu Xiaobo Liu di Sun Weijie Liu Jiangsu Key Laboratory of Phylogenomics&comparative Genomics School of Life SciencesJiangsu Normal UniversityXuzhouChina Key Laboratory of Metabolic Engineering and Biosynthesis Technology Ministry of Industry and Information TechnologyNanjing University of Science and TechnologyNanjingChina

Nucleotide second messengers are highly versatile signaling molecules that regulate a variety of key biological processes in *** best-studied examples are cyclic AMP(cAMP)and bis-(3'-5')-cyclic dimeric guanosine monophosphate(c-di-gmp),which both act as global *** regulatory frameworks of c-di-gmp and cAMP in bacteria show several parallels but also significant *** this review,we llustrate the global regulatory models of the two nucleotide second messengers,compare the different regulatory frameworks between c-di-gmp and cAMP,and discuss the mechanisms and physiological significance of cross-regulation between c-di-gmp and cAMP.c-di-gmp responds to numerous signals de-pendent on a great number of metabolic enzymes,and it regulates various signal transduction pathways through its huge number of effectors with varying *** contrast,due to the limited quantity,the cAMP metabolic enzymes and its major effector are regulated at different levels by diverse *** performs its global regulatory function primarily by controlling the transcription of a large number of genes via cAMP receptor protein(cRP)in most *** review can help us understand how bacteria use the two typical nucleotide second messengers to effectively coordinate and integrate various physiological processes,providing theoretical guidelines for future research.

关键词： bacteria cAMP c-di-gmp cross-regulation cRP

c-di-gmp在低温好氧颗粒污泥形成过程中的作用

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中国环境科学 2019年第4期39卷 1560-1567页

作者：支丽玲王玉莹马鑫欣衣雪松王硕李激江南大学环境与土木工程学院江苏无锡214122 江南大学江苏省高校水处理技术与材料协同创新中心江苏苏州215009 海南大学环境与生态学院海南海口570228

在低温条件下运行好氧颗粒污泥反应器,絮状污泥颗粒化过程中信号分子可通过传导作用引起各层物质之间的组分变化,通过研究胞外聚合物及污泥相关疏水性的变化规律,并观察此过程中微生物菌群的群落演替特点,揭示环二鸟苷酸(c-di-gmp)在低... 详细信息

在低温条件下运行好氧颗粒污泥反应器,絮状污泥颗粒化过程中信号分子可通过传导作用引起各层物质之间的组分变化,通过研究胞外聚合物及污泥相关疏水性的变化规律,并观察此过程中微生物菌群的群落演替特点,揭示环二鸟苷酸(c-di-gmp)在低温好氧颗粒污泥形成过程中的变化规律与影响作用.结果表明:接种污泥在颗粒化过程中,胞外聚合物含量从48mg/gMLVSS增长至139mg/gMLVSS,其中以TB层蛋白质增长为主,在颗粒化过程中,c-di-gmp含量由62?g/gMLVSS增至600?g/gMLVSS,始终影响微生物运动及生物膜形成,促使具备胞外聚合物分泌功能的菌群加快分泌胞外聚合物,促进好氧颗粒污泥的形成.各个阶段污泥中微生物种群存在较大差异,在反应器运行初始阶段与c-di-gmp合成相关的菌群占据优势,同时在后期表现出较好的脱氮除磷能力,在低温条件下好氧颗粒污泥微生物菌群发生演替并最终形成稳定的菌群结构.

关键词： c-di-gmp 低温好氧颗粒污泥胞外聚合物群落演替

c-di-gmp抑制转录调控因子clpxoo与葡聚糖酶基因启动子的结合

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微生物学报 2013年第11期53卷 1166-1171页

作者：李波田芳陈华民吴茂森何晨阳中国农业科学院植物保护研究所植物病虫害生物学国家重点实验室北京100193

【目的】阐明水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae ***,Xoo)c-di-gmp信号受体和转录调控因子clpxoo对葡聚糖酶基因(engAxoo)的转录调控作用机制。【方法】通过基因表达载体的构建和转化、蛋白诱导表达及其Ni-NTA Resin亲和层析,进行了clp... 详细信息

【目的】阐明水稻白叶枯病菌(Xanthomonas oryzae ***,Xoo)c-di-gmp信号受体和转录调控因子clpxoo对葡聚糖酶基因(engAxoo)的转录调控作用机制。【方法】通过基因表达载体的构建和转化、蛋白诱导表达及其Ni-NTA Resin亲和层析,进行了clpxoo基因的原核表达和产物纯化。通过荧光素(FAM)探针标记和凝胶阻滞试验(EMSA)对clpxoo纯化蛋白与葡聚糖酶基因启动子(engAxoo-p)的结合活性及其c-digmp信号分子的抑制作用进行了测定分析。【结果】在优化的诱导表达和纯化条件下,成功地获得了clpxoo纯化蛋白。clpxoo可与engAxoo-p序列发生阻滞现象,表明它具有与启动子特异性结合的活性。在反应体系中加入c-di-gmp可导致结合作用的消除。【结论】clpxoo接受c-di-gmp信号后,可能通过构象的改变,从而与engAxoo-p的结合活性受到抑制;优化的clpxoo蛋白纯化和EMSA方法可以用于后续的调控元大规模鉴定的研究。

关键词：水稻白叶枯病菌 c-di-gmp 信号受体蛋白启动子结合作用

AI-2通过调节c-di-gmp代谢酶Dosc影响类志贺邻单胞菌生物膜形成及运动性

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微生物学报 2022年第7期62卷 2808-2823页

作者：谢晓荣尚道涵沈锡辉张磊西北农林科技大学生命科学学院陕西杨凌712100

细菌中广泛分布的群体感应信号分子autoinducer-2(AI-2)会影响细菌的生物膜形成及运动性等生理过程,然而该信号对类志贺邻单胞菌相关表型的调控作用及其分子机制尚未有所报道。【目的】揭示AI-2通过影响胞内环二鸟苷单磷酸(c-di-gmp)水... 详细信息

细菌中广泛分布的群体感应信号分子autoinducer-2(AI-2)会影响细菌的生物膜形成及运动性等生理过程,然而该信号对类志贺邻单胞菌相关表型的调控作用及其分子机制尚未有所报道。【目的】揭示AI-2通过影响胞内环二鸟苷单磷酸(c-di-gmp)水平调控类志贺邻单胞菌生物膜形成及运动性的内在机制,为类志贺邻单胞菌感染的防治提供新思路。【方法】首先利用同源重组方法构建luxS基因敲除菌株(ΔluxS),通过软琼脂平板法和结晶紫染色法分别检测其与野生型泳动能力和生物膜形成水平的差异;之后通过序列比对找到AI-2的潜在受体蛋白Dosc(SAMEA2665130_2180),利用哈维氏弧菌生物发光实验及等温滴定量热实验(ITc)研究Dosc的配体结合结构域(ligand-binding domain,LBD)与AI-2的结合能力;通过体外酶活实验、胞内c-di-gmp定量分析研究AI-2对Dosc受体活性的影响;最后参照前述方法构建受体Dosc编码基因敲除菌株(Δdosc)并检测其与野生型相比泳动能力和生物膜形成水平的变化。【结果】AI-2与Dosc-LBD显示出高亲和作用力;通过高效液相色谱分析发现AI-2会增强受体蛋白Dosc的磷酸二酯酶活性,促进c-di-gmp的降解。与野生型相比,ΔluxS和Δdosc菌株胞内c-di-gmp水平显著升高,泳动与生物膜形成能力均显著降低。【结论】受体蛋白Dosc通过响应群体感应信号分子AI-2,增强自身磷酸二酯酶活性,促进c-di-gmp的降解,影响胞内c-di-gmp的含量,进而调控细菌的生物膜形成和泳动能力等表型。

关键词：类志贺邻单胞菌 LuxS/AI-2 受体 c-di-gmp 生物膜泳动

铜绿假单胞菌生物被膜组成及其受群体感应系统和c-di-gmp调控的研究进展

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微生物学报 2021年第5期61卷 1106-1122页

作者：王帅涛高倩倩成娟丽林金水延安大学生命科学学院陕西延安716000 陕西省红枣重点实验室(延安大学) 陕西延安716000

作为人类条件性感染的前三大病原菌之一的铜绿假单胞菌,是一种革兰氏阴性细菌,对免疫功能低下和囊性纤维化患者可以造成严重和持续性感染。造成这种持续感染的原因主要是由于细菌接收外界信号后,在自身调控网络的协同作用下,会依附于固... 详细信息

作为人类条件性感染的前三大病原菌之一的铜绿假单胞菌,是一种革兰氏阴性细菌,对免疫功能低下和囊性纤维化患者可以造成严重和持续性感染。造成这种持续感染的原因主要是由于细菌接收外界信号后,在自身调控网络的协同作用下,会依附于固体表面,并产生胞外多糖、基质蛋白和胞外DNA等大分子物质形成高度结构化的膜状复合物将自身包裹形成生物被膜群体结构。生物被膜可以有效帮助细菌定殖、提高细菌对抗菌物质和宿主免疫反应的抵抗能力、促进群落细菌的细胞-细胞之间的信号交流等,是临床治疗中病原菌慢性感染和反复感染最重要的原因之一。本篇综述重点介绍了铜绿假单胞菌生物被膜的各组成成分及其在生物被膜形成中的重要功能,并进一步阐述了群体感应系统(las、rhl、pqs与iqs)和c-di-gmp对铜绿假单胞菌生物被膜形成的调控作用。通过本篇综述可以更清晰地了解细菌生物被膜形成和调控的过程,为开发新的治疗生物被膜感染策略提供帮助。

关键词：铜绿假单胞菌生物被膜胞外多糖胞外DNA、基质蛋白群体感应系统 c-di-gmp

环二鸟苷酸(c-di-gmp)在微生物体内的作用及其类似物的研究

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药学学报 2012年第3期47卷 307-312,258页

作者：那路新杨振军北京大学药学院天然药物及仿生药物国家重点实验室北京100191

环二鸟苷酸(cyclic diguanylate,c-di-gmp)是在细菌中普遍存在的第二信使分子,参与调节多种生理功能,包括细胞分化、生物被膜形成、致病因子产生等。细菌细胞内c-di-gmp合成与降解代谢分别受二鸟苷酸环化酶(diguanylate cyclase,DGc)和... 详细信息

环二鸟苷酸(cyclic diguanylate,c-di-gmp)是在细菌中普遍存在的第二信使分子,参与调节多种生理功能,包括细胞分化、生物被膜形成、致病因子产生等。细菌细胞内c-di-gmp合成与降解代谢分别受二鸟苷酸环化酶(diguanylate cyclase,DGc)和磷酸二酯酶(phosphodiesterase,PDE)调控,DGc和PDE共处于同一个蛋白中,是一个双功能蛋白酶的两个区域,分别负责菌体内c-di-gmp的合成和降解。c-di-gmp作用菌体内下游靶点包括PilZ结构域和GEMM核开关两种类型。目前发现c-di-gmp核开关是唯一不参与代谢活动而参与信号传导的一类核开关。本文综述了c-di-gmp的代谢途径、调控机制、生物学功能,以及c-di-gmp结构类似物合成及生物学评价等方面的最新研究进展。

关键词：环二鸟苷酸 c-di-gmp 细菌信号传导代谢酶 GEMM核开关

ToxR负调控副溶血弧菌中c-di-gmp的合成

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生物工程学报 2022年第12期38卷 4719-4730页

作者：张苗苗薛星帆孙君芳吴齐敏李雪周冬生倪斌陆仁飞张义全江苏大学医学院江苏镇江212013 南通大学附属南通第三医院检验科江苏南通226006 北京微生物流行病研究所病原微生物生物安全重点实验室北京100071

副溶血弧菌(Vibrio parahaemolyticus)是世界范围内引起海产品相关食物中毒的主要致病菌,具有很强的生物膜形成能力。ToxR是一种膜结合调控蛋白,对副溶血弧菌生物膜形成具有一定的调控作用,但具体机制尚未见报道。c-di-gmp是一种普遍存... 详细信息

副溶血弧菌(Vibrio parahaemolyticus)是世界范围内引起海产品相关食物中毒的主要致病菌,具有很强的生物膜形成能力。ToxR是一种膜结合调控蛋白,对副溶血弧菌生物膜形成具有一定的调控作用,但具体机制尚未见报道。c-di-gmp是一种普遍存在于细菌中重要的第二信使,参与调控细菌的多种生物学行为包括生物膜的形成。本文探究ToxR对副溶血弧菌中c-di-gmp代谢的调控作用。利用酶联免疫吸附法(enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)测定副溶血弧菌野生株(wild-type,WT)和toxR突变株(ΔtoxR)中c-di-gmp水平的差异。挑选c-di-gmp代谢相关基因scrA、scrG和vpa0198为进一步研究的靶标,采用实时定量qPcR实验检测靶基因在WT和ΔtoxR中的转录水平差异;将靶基因调控区DNA序列克隆入pHRP309质粒中无启动子的β半乳糖苷酶基因上游,采用lacZ报告基因融合实验进一步研究ToxR对靶基因的转录调控关系;将重组质粒分别导入含有pBAD33或pBAD33-toxR的Ec100λpir中,采用lacZ报告基因融合实验研究ToxR是否能在异体宿主中调控靶基因的表达;PcR扩增靶基因上游调控区DNA序列,并纯化His-ToxR蛋白,用凝胶阻滞实验(electrophoresis mobility shift assay,EMSA)研究His-ToxR与靶基因启动子区DNA序列是否具有结合作用。ELISA结果显示ΔtoxR中c-di-gmp含量显著性高于WT中的,说明ToxR抑制c-di-gmp的产生;实时定量qPcR结果表明WT中scrA、scrG和vpa0198的转录水平显著性高于ΔtoxR中的,表明ToxR抑制它们的转录;lacZ报告基因融合实验结果表明ToxR可抑制副溶血弧菌和Ec100λpir中scrA、scrG和vpa0198的启动子区活性;EMSA实验显示His-ToxR能特异性地结合到scrA和scrG的上游调控区DNA序列上,而对vpa0198的上游调控区DNA序列无结合作用。综上所述,ToxR通过直接调控相关酶蛋白基因的转录来抑制副溶血弧菌内c-di-gmp的合成,从而有助于精确调控生物膜形成等细菌行为。

关键词：副溶血弧菌转录调控 ToxR c-di-gmp

c-di-gmp对低温好氧颗粒污泥系统启动与运行的影响机制

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c-di-GMP对低温好氧颗粒污泥系统启动与运行的影响机制

作者：袁春燕哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

好氧颗粒污泥具有紧实的层状结构、耐冲击负荷强和节约工程占地等诸多优势,然而目前好氧颗粒污泥的稳定性问题尚未得到解决。低温环境对活性污泥的理化性质和污染物处理效能等方面有显著影响,直接导致污水设施在低温条件下启动和运行困... 详细信息

好氧颗粒污泥具有紧实的层状结构、耐冲击负荷强和节约工程占地等诸多优势,然而目前好氧颗粒污泥的稳定性问题尚未得到解决。低温环境对活性污泥的理化性质和污染物处理效能等方面有显著影响,直接导致污水设施在低温条件下启动和运行困难。目前,对好氧颗粒污泥的研究大多采用单一温度条件,采用变温运行条件的研究较少。本课题旨在研究好氧颗粒污泥在恒温和变温运行过程中形成特征、污染物处理效能、EPS含量、c-di-gmp含量以及微生物群落组成的动态变化,解析c-di-gmp对低温好氧颗粒污泥系统启动与运行的影响机制。通过在10℃和25℃分别恒温启动两个反应器,待好氧颗粒污泥成熟后再变温运行（10℃→25℃,25℃→10℃）反应器的方式来考察低温条件下和变温过程中好氧颗粒污泥的形成特征,结果表明低温下启动的系统形成颗粒的速度比常温下要慢,至第60 d时粒径分别为453.12μm和526.49μm。低温下启动的好氧颗粒污泥系统在运行过程中均表现出良好的污染物去除效能,当温度发生变化时,好氧颗粒污泥的污泥浓度、沉降性能均会出现下降的趋势。考察低温条件下和变温过程中好氧颗粒污泥EPS和c-di-gmp的变化规律,结果表明c-di-gmp对EPS含量有调控作用,好氧颗粒污泥系统以增加EPS分泌的方式来抵御温度变化带来的外界胁迫。运行温度从25℃降低至10℃时,常温及低温下启动的系统c-di-gmp浓度分别从280.57和128.74μg/g MLVSS升高至308.02和216.93μg/g MLVSS,相应地,EPS浓度分别从147.27和130.72 mg/g MLVSS升高至283.69和157.40 mg/g MLVSS。10℃升高至25℃时,低温下启动的系统c-digmp浓度从190.54μg/g MLVSS升高至400.93μg/g MLVSS,EPS浓度从142.78mg/g MLVSS升高至183.62 mg/g MLVSS。利用高通量测序技术考察低温条件下和变温过程中好氧颗粒污泥c-di-gmp、EPS与微生物群落组成之间的相互关系,结果表明温度的降低使一部分不适应低温的EPS产生菌被淘汰出系统,在启动和变温过程中,常温下启动的系统c-di-gmp调控菌属相对丰富度总和分别达5.67%和2.43%,低温下启动的系统c-di-gmp调控菌属相对丰富度总和分别达15.95%、10.22%和16.95%,Flavobacterium、Microbacterium、Pseudoxanthomonas是在常温和低温下都能稳定留存的c-di-gmp调控菌属,在调控好氧颗粒污泥胞外聚合物中起主导作用。

关键词：低温 c-di-gmp 好氧颗粒污泥胞外聚合物微生物群落结构

基于RNA适配体检测体外酶促合成的c-di-gmp和cGAMP

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畜牧兽医学报 2018年第10期49卷 2145-2153页

作者：朱彦策孔江南陈慧心钟凯张超河南农业大学农业部动物生化与营养重点开放实验室郑州450002

旨在建立简单、快速的检测体外酶促合成的c-di-gmp和cGAMP的方法。本研究以含有T7启动子、Vc2GEMM-1核糖开关序列或其突变序列Vc2/g20a、spinach2和tRNA序列的双链DNA为模板,利用T7RNA聚合酶体外转录体系制备Vc2、Vc2/g20aRNA适配体。... 详细信息

旨在建立简单、快速的检测体外酶促合成的c-di-gmp和cGAMP的方法。本研究以含有T7启动子、Vc2GEMM-1核糖开关序列或其突变序列Vc2/g20a、spinach2和tRNA序列的双链DNA为模板,利用T7RNA聚合酶体外转录体系制备Vc2、Vc2/g20aRNA适配体。通过检测绿色荧光强度分析RNA适配体对c-di-gmp和cGAMP的结合能力。结果表明,转录得到的RNA经过加热变性、缓慢退火后得到Vc2RNA适配体和Vc2/g20a RNA适配体,在125mmol·L^(-1 )Kcl和30mmol·L^(-1 )Mgcl_2溶液中孵育180min的优化结合条件下,Vc2适配体与c-di-gmp特异性结合,Vc2/g20a适配体与cGAMP特异性结合;c-di-gmp对Vc2适配体的半数效应浓度(Ec50)为(89±1.7)nmol·L^(-1),cGAMP对Vc2/g20a适配体的半数效应浓度为(309±4.5)nmol·L^(-1);Vc2和Vc2/g20a能够分别检测低至5nmol·L^(-1)和20nmol·L^(-1)的c-di-gmp和cGAMP;并且发现转录的RNA混合物在未纯化的情况下同样能够检测Vc0179体外酶促合成的c-di-gmp和cGAMP。这种方法可以简单快速的检测Vc0179体外酶促合成的c-di-gmp和cGAMP,并且为研究其他c-di-gmp和cGAMP合成酶活性提供潜在可能。

关键词： RNA适配体 c-di-gmp cGAMP 荧光检测