Analysis of Bacillus subtilis tag gene expression using transcriptional fusions
- 作者
- Catherine Mauël, Michael Young, Alice Monsutti-Grecescu, Shirley A. Marriott, Dimitri Karamata
- 单位
- Institut de Génétique et Biologie Microbiennes, Lausanne, Switzerland; Institute of Biological Sciences, University of Wales, Aberystwyth, UK
- 杂志
- Journal of General Microbiology（1994）
- DOI
- 10.1099/13500872-140-9-2279
- 所属领域
- 微生物学
- 关键词
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解决的核心问题
解析枯草芽孢杆菌主要磷壁酸poly(glycerol phosphate)合成基因tagAB和tagDEF两个双向操纵子（divergon）的表达调控机制，及其在磷酸盐限制、芽孢形成/萌发和DNA损伤等条件下的响应。
研究策略
将tagA-tagD间399 bp调控区以两种方向融合lacZ报告基因，构建转录融合，并整合到染色体tag位点或amyE位点，通过β-半乳糖苷酶活性检测不同生理条件下的启动子活性。
研究路线图
核心内容
该研究以枯草芽孢杆菌磷壁酸合成基因tagAB与tagDEF双向操纵子为对象，通过将tagA-tagD间399 bp调控区以两种方向融合lacZ报告基因并整合至染色体，系统分析了该divergon在不同生理条件下的表达调控。结果显示，磷酸盐从1 mM降至220 μM时，tagA和tagD的β-半乳糖苷酶活性在约7小时内降至初始值的约60%；芽孢形成诱导后2小时内两者表达降至接近零，且下降早于碱性磷酸酶出现；孢子萌发时，tagA和tagD在培养浊度上升前即被激活。MMC诱导的SOS反应不影响tagA和tagD，但tagC::lacZ融合表达迅速上升，证实tagC受独立的DNA损伤诱导启动子控制。各条件下tagD表达水平最高为tagA的3倍。该工作首次阐明tag divergon的协调但非等量表达模式，表明其表达与细胞壁伸长需求相匹配，同时纠正了tagC归属，为理解磷壁酸合成的生理调控提供了关键依据。
创新点
首次系统分析tag divergon的表达调控；证明tagC(dinC)不属tagAB操纵子而受SOS调控；发现tagAB和tagDEF协调表达但水平不同。
研究对象（7）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Bacillus subtilis 168 | teichoic acid biosynthesis | tagA | TagA | 催化 | 可能参与磷壁酸连接单元合成，与E. coli rffM基因产物相似 |
| Bacillus subtilis 168 | teichoic acid biosynthesis | tagB | TagB | 催化 | 可能参与连接单元中甘油磷酸残基的添加，与TagF有局部相似性 |
| Bacillus subtilis 168 | teichoic acid biosynthesis | tagC | TagC | 调控 | 即dinC，受DNA损伤诱导，属于SOS调节子，具体功能未知 |
| Bacillus subtilis 168 | teichoic acid biosynthesis | tagD | TagD | 催化 | 编码甘油-3-磷酸胞苷酰转移酶，参与前体合成 |
| Bacillus subtilis 168 | teichoic acid biosynthesis | tagE | TagE | 催化 | 编码UDP-葡萄糖:poly(groP)葡萄糖基转移酶 |
| Bacillus subtilis 168 | teichoic acid biosynthesis | tagF | TagF | 催化 | 编码CDP-甘油:poly(groP)甘油磷酸转移酶，参与聚合 |
| Bacillus subtilis 168 | 基因表达调控 | lacZ | β-半乳糖苷酶 | 催化 | 报告基因，用于检测启动子活性 |
关键发现
- 磷酸盐限制（1 mM降至220 μM）时，tagA和tagD的β-半乳糖苷酶活性在约7 h内降至初始值的约60%
- 芽孢形成诱导后2 h内tagA/tagD表达降至接近零（早于碱性磷酸酶出现的II期）
- 孢子萌发时，在培养浊度(OD600)上升前即可检测到tagA和tagD表达
- MMC诱导SOS不影响tagA和tagD表达，但tagC::lacZ融合（菌株L4578）在MMC处理后表达迅速上升
- 所有条件下tagD表达水平是tagA的至多3倍
- pSGMU38与pDG268载体构建的融合表达差异约10倍（L4532为6和3 Miller units，L4582为58和51 Miller units）
- 短片段（455 bp）与长片段（1108 bp）融合对tagA表达无影响，但tagD短片段表达有所降低
- xylE单拷贝报告灵敏度极低，不适合作为报告基因。
研究结论
tagAB和tagDEF作为divergon协调表达，但表达水平不同，可能与各自编码产物的需求量相关；tagC由独立的DNA损伤诱导启动子表达，不应再视为tagAB操纵子的一部分；tag基因在磷酸盐限制和芽孢形成时下调，在萌发早期上调，与细胞壁伸长和磷壁酸功能一致。