杀鱼爱德华氏菌uhpA基因缺失株构建及其生物学特性分析

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杀鱼爱德华氏菌(E.piscicida)是一种革兰氏阴性、短杆状细菌,属肠杆菌科。广泛分布在水生环境中,是一种条件性致病菌,可以感染多种鱼类,导致一种称为爱德华氏菌病的全身性疾病,并对全世界的渔业经济造成巨大损失。研究发现,杀鱼爱德华氏菌(E.piscicida)是一种侵入性肠道细菌,肠道中丰富的岩藻糖可以调节FusKR的双组分系统,促进其他基因,尤其是III型分泌系统(T3SS)等毒力基因的表达,对细菌的致病性具有重要作用。相关研究证实6-磷酸葡萄糖调控uhpA/uhpB双组分系统,并进一步调控其他毒力基因,但uhpA基因对岩藻糖激活FusKR相关基因和T3SS等毒力基因及其作用机制研究尚不明确。所以,拟构建杀鱼爱德华氏菌EIB202菌株的uhpA基因的缺失株ΔuhpA,通过与杀鱼爱德华氏菌野毒株差异比较,研究uhpA/uhpB双组分系统uhpA基因的功能。首先应用同源重组的方法构建了杀鱼爱德华氏菌EIB202菌株的uhpA基因缺失株ΔuhpA时。通过与野生株比较发现,6-磷酸葡萄糖显著增加了杀鱼爱德华氏菌野生株EIB202的生长速度(P<0.05);添加6-磷酸葡萄糖作为营养源的野生株EIB202比加了6-磷酸葡萄糖作为营养源的缺失株和不加6-磷酸葡萄糖作为营养源的野生株和缺失株的生长速度显著增加(P<0.05),表明杀鱼爱德华氏菌的uhpA基因缺失能够影响6-磷酸葡萄糖的利用。研究了岩藻糖及uhpA基因对杀鱼爱德华氏菌的FusKR相关基因和T3SS等毒力基因的影响。结果显示,EIB202经过L-岩藻糖的处理时,FusKR基因内通透酶基因(fucP),磷酸醛缩酶(fucA)和调节因子基因(fucR)等FusKR信号系统的关键基因mRNA转录水平显著的高于不经过L-岩藻糖处理的(P<0.05),尤其是加入了30 mM的L-岩藻糖时。此外,在30 mM的L-岩藻糖浓度下,结果表明ΔuhpA中fucP,fucA和fucR基因的mRNA的转录水平分别是野生株的1.65倍、2.12倍和1.82倍(P<0.05),ΔuhpA中T3SS关键基因(esrB、esrC)、鞭毛基因(fliC、flgN)、溶血素基因(EthA、EthB)、T6SS关键基因(EvpB、EvpC)等几个和毒力相关的基因的mRNA的转录水平分别是野毒株的1.27倍、1.13倍、1.51倍、1.21倍、0.80倍、0.72倍、1.28倍、1.23倍(P<0.05)。结果表明,uhpA基因可以影响岩藻糖信号调控FusKR系统的关键基因,进而影响T3SS和其它毒力相关基因的表达。半数致死量(LD50)试验结果显示,EIB202对斑马鱼的LD50值明显高于ΔuhpA的LD50,分别为1×105 CFU/fish和2×104 CFU/fish。鱼类细胞因子具有抵抗病原菌感染的重要作用,测定了uhpA基因缺失对诱导斑马鱼细胞因子的影响。结果显示,在整个观察期间,用EIB202和ΔuhpA感染的鱼显示出比用PBS处理的鱼中的所有细胞因子包括脾中的IL-1β,TNF-α,INF-γ,TGF-β显著升高(P<0.05)。在整个过程中,感染ΔuhpA的鱼的脾脏中IL-1β,TNF-α,INF-γ,TGF-β的基因表达水平显着高于野生株EIB202(P<0.05)。细菌侵染小鼠巨噬细胞结果表明,在杀鱼爱德华氏菌感染前期(0-12h)IL-1β和IL-6的表达量显著升高,在6h时,ΔuhpA处理组的IL-6的细胞因子基因转录水平显著高于EIB202组的(P<0.05)。在6h、12h时细胞因子IL-1β基因转录水平显著高于EIB202组的(P<0.05)。总之,本研究成功构建了E.piscicida的uhpA缺失株,uhpA基因的缺失增强了其致病性,改变了其诱导斑马鱼和巨噬细胞产生细胞因子的模式。本研究为E.piscicida致病机制和Edwardsiellosis的防控技术提供了研究基础。
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