氧化亚铁硫杆菌中磁小体形成相关基因的研究

论文摘要

磁小体作为一种新型的生物纳米磁性材料,近年来被受关注。本课题组首次从氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans）中发现了生物控制矿化作用所产生的磁性颗粒,本文对氧化亚铁硫杆菌中磁小体的形成进行了研究。利用生物信息学方法对氧化亚铁硫杆菌标准菌株ATCC 23270的全基因组进行分析,得到了一些与趋磁细菌中磁小体形成相关基因同源的基因。本文以氧化亚铁硫杆菌中与趋磁细菌中基因mpsA、thy、magA、mamB具有较高相似度的ORF 1622、0276、1124、2572为目标基因进行了分析,利用实时定量PCR技术研究了它们在硫培养条件下分别用不同浓度的FeSO4·7H2O刺激下的差异表达以验证它们在磁小体形成过程中与亚铁的关系。研究结果表明它们在150～200 mmol/L的FeSO4·7H2O刺激下达到最大表达量,这四个基因在趋磁细菌磁小体形成过程中在铁转运成核方面发挥了重要作用。本论文运用了半固体平板磁泳和透射电镜的方法进一步验证了磁小体的形成与亚铁有着直接关系,ATCC 23270能以硫单质和硫酸亚铁作为能源,在以硫酸亚铁为能源生长时其胞内能生成黑色电子致密颗粒即磁小体,这些磁小体散落在细胞内,未成链状排列,而在缺铁条件下硫培养时没有磁小体形成。含有磁小体的细胞具有一定的趋磁性,在人工磁场下会向永久磁铁进行趋向运动,而在地磁场下没有明显的定向运动趋势。随着亚铁浓度的增大,磁性颗粒的数目和大小也在增加,从而致使在人工磁场下,随着亚铁浓度的增大,细菌的趋磁性增强。同时,本文运用信息学方法对magA基因做了进一步的研究。本文对目标基因进行了保守结构域、氨基酸序列比对、蛋白质同源性分析,分析结果表明ORF 1124编码的蛋白含有KefB、TrkAN和TrkAC结构域,与MagA序列相同度为32%,与sodium hydrogenexchanger同源,认为其与铁离子的转运有关此外,我们还使用了BDGP网站来搜索该基因上游潜在的启动子。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 生物磁学
• 1.2 趋磁细菌
• 1.2.1 几株纯培养的趋磁细菌
• 1.2.2 趋磁细菌的形态及其分布
• 1.2.3 趋磁细菌的分类
• 1.2.4 磁小体的简介
• 1.2.5 与磁小体形成相关的基因
• 1.2.6 磁小体的形成机理研究
• 1.2.7 趋磁细菌与磁小体的应用
• 1.3 实时荧光定量PCR
• 1.3.1 Real-time PCR的作用原理
• 1.3.2 Real-time PCR定量理论
• 1.3.3 实时荧光定量PCR的应用
• 1.3.4 实时荧光定量PCR的展望
• 1.4 本文的研究目的和研究内容
• 1.4.1 目的和意义
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 课题受资助情况
• 第二章 氧化亚铁硫杆菌中磁小体形成相关基因在不同亚铁浓度刺激下的差异表达
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料
• 2.2.1 菌种与培养基
• 2.2.2 试剂与仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 细菌生长曲线的测定
• 2.3.2 不同亚铁浓度刺激处理
• 2.3.3 RNA提取，纯化及cDNA合成
• 2.3.4 研究基因的确定及定量标准品的制备
• 2.3.5 Real-time PCR检测
• 2.4 结果与分析
• 2.4.1 生长对数期的确定
• 2.4.2 总RNA质量
• 2.4.3 阳性质粒的PCR鉴定和序列分析
• 2.4.4 标准曲线及熔解曲线
• 2.4.5 不同亚铁浓度刺激下各基因的差异表达情况
• 2.5 本章小结
• 第三章 磁敏感氧化亚铁硫杆菌在不同亚铁浓度刺激下的趋磁性研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验材料
• 3.2.1 菌种来源
• 3.2.2 培养基
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 生长曲线和pH值的测定
• 3.3.2 种子液的培养
• 3.3.3 趋磁性观察
• 3.3.4 细菌超薄切片后透射电镜分析
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 生理特性研究
• 3.4.2 不同培养条件下磁小体生成情况
• 3.4.3 不同亚铁浓度刺激后趋磁性的研究
• 3.4.4 透射电镜分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 生物信息学分析
• 4.1 引言
• 4.2 分析方法
• 4.3 分析结果
• 4.3.1 magA基因上游潜在调控模体及保守结构域分析
• 4.3.2 MagA蛋白的同源性分析
• 4.3.3 MagA蛋白的结构模拟
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果