丙二酰化修饰对细菌蛋白质LuxS和YmcA功能的影响开题报告

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1. 研究目的与意义

解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）FZB42是一株生物学背景比较清晰的革兰氏阳性植物根际促生菌（PGPR）,相关研究表明，FZB42能够合成10种不同的抗生素，包括一些聚酮类化合物、脂肽类化合物、多肽类化合物等，是一株具有高效生防性能和植物促生活性的土壤细菌。蛋白赖氨酸酰基化修饰是一种动态可逆的翻译后修饰，通过调控蛋白的活性，定位，以及蛋白间的相互作用来影响诸多生物过程。蛋白酰化修饰构建了酰基－CoA代谢与胞内信号通路网络的关联性。且酰基－CoA在原核生物中是多种代谢产物的合成前体，尤其是具有抗细菌，抗真菌，抗寄生虫，抗癌及抑制免疫反应的聚酮类物质。可通过调控FZB42菌株的蛋白质酰化修饰程度来调控次生代谢产物的产量，从而提高FZB42的抗菌能力。

2. 国内外研究现状分析

解淀粉芽孢杆菌（bacillus amyloliquefaciens）fzb42是一株广泛分布于自然界的革兰氏阳性根际促生菌。fzb42最初是由于其能够抑制植物病原微生物以及促进植物生长的特殊能力而筛选出来。2007年fzb42作为第一株解淀粉芽孢杆菌获得了全基因组测序，基因组全长3918bp，其中有3693个蛋白编码序列，近10%的基因是致力于合成抗菌代谢物及其相应的免疫基因(chen et al.，2007)。fzb42能够合成10种不同的抗生素，包括一些聚酮类化合物( bacillaene，difficidin，macrolac-tin)、脂肽类化合物( bacillomycin d，fengycin，sur-factin) 、多肽类化合物( plantazolicin，amylocyclicin)等。其中，koumoutsi等研究发现该菌特产的芽孢菌霉素(bacillomycin d)和逢源素(fengycin)协同作用具有抑制植物病原性真菌的生长的能力。此外，idris等证明fzb42能够合成生长素吲哚乙酸，促进植物细胞伸长；而idris等发现 fzb42可以通过分泌磷酸酶来促进磷酸的生物合成从而在磷酸饥饿条件下提供关键的养分。

ben fan等人利用亲和富集和高分辨质谱分析相结合，对解淀粉芽孢杆菌fzb42进行了大规模的赖氨酸丙二酰化分析（pgpr），在382个蛋白质中识别出了802个丙二酰化修饰位点。赖氨酸丙二酰化发生涉及多种包括中央碳代谢的生物功能的蛋白质，脂肪酸的生物合成和代谢，nad（p）结合和翻译机制。一组与根际细菌植物相互作用有关的蛋白质也丙二酰化，特别是负责抗生素生产包括聚酮合成酶的酶（pkss）和非核糖体肽合成酶（nrpss）高度丙二酰化。

蛋白赖氨酸酰基化修饰是一种动态可逆的翻译后修饰，可通过调控蛋白的活性、定位以及蛋白间的相互作用来影响诸多生物过程。蛋白酰化修饰构建了酰基－coa代谢与胞内信号通路网络的关联性。酰化修饰水平与细胞内酰基－coa的浓度与种类密切相关，高浓度酰基－coa的积累能通过酶催化与非酶催化的方式影响酰化修饰的程度，从而影响细胞内多样的生理功能。此外，酰基－coa可作为合成代谢产物的前体，用于不同类型产物的生物合成中，尤其是具有抗细菌，抗真菌，抗寄生虫，抗癌及抑制免疫反应的聚酮类物质。聚酮类物质的生物合成，类似于脂肪酸的生物合成，是一种链延伸式的合成方式，在酶的催化作用下，将不同类型的酰基－coa，如乙酰－coa，丙酰－coa，丙二酰－coa以及甲基丙二酰－coa等作为延伸单元，加到聚酮类合成的起始单元中。用于催化这一反应的酶，被称为是聚酮类物质合成酶复合物（pkss），由于其催化方式及酰基－coa底物的不同，pks可被分为3个大类。在fzb42中主要为第二类pks（type Ⅱpks）,用于细菌芳香族聚酮类化合物的合成。主要由两个酮基合成酶单元（ks_α和ks_β）和一个酰基转运蛋白（acp）构成，对正在延伸的聚酮链起到固定的作用。

3. 研究的基本内容与计划

1、完成基因解淀粉芽孢杆菌fzb42 丙二酰化氨基酸替换突变株的构建突变菌株的pcr验证与保菌。

2、解淀粉芽孢杆菌fzb42 丙二酰化氨基酸替换突变株功能活性测试

（1）2017.2.27―2017.3.5：阅读文献。熟悉掌握以下概念，基本操作流程，和研究意义：解淀粉芽孢杆菌，luxs的功能，ymca的功能

4. 研究创新点

解淀粉芽孢杆菌（Bacillus amyloliquefaciens）FZB42是一株研究较多的植物根际促生菌，早期的研究发现该菌株表达的蛋白质上发生了高丰度的丙二酰化修饰，但这些修饰对蛋白质的功能有何影响，目前尚不清楚。因此本研究中选择了两个分子量比较小的丙二酰化修饰蛋白：LuxS和YmcA，计划分析丙二酰化修饰对这两个蛋白功能的影响。