Isolation and analysis of the vaccine potential of an attenuated Edwardsiella tarda strain

Edwardsiella tarda is an important aquaculture pathogen that can infect a wide range of marine and freshwater fish worldwide. In this study, a modified E. tarda strain, TX5RM, was selected by multiple passages of the pathogenic E. tarda strain TX5 on growth medium containing the antibiotic rifampicin. Compared to the wild type strain, the rifampicin-resistant mutant TX5RM (i) shows drastically increased median lethal dose and reduced capacity to disseminate in and colonize fish tissues and blood; (ii) exhibits slower growth rates when cultured in rich medium or under conditions of iron depletion; and (iii) differs in the production profile of whole-cell proteins. The immunoprotective potential of TX5RM was examined in a Japanese flounder (Paralichthys olivaceus) model as a vaccine delivered via intraperitoneal injection, oral feeding, bath immersion, and oral feeding plus immersion. All the vaccination trials, except those of injection, were performed with a booster at 3-week after the first vaccination. The results showed that TX5RM administered via all four approaches produced significant protection, with the highest protection levels observed with TX5RM administered via oral feeding plus immersion, which were, in terms of relative percent of survival (RPS), 80.6% and 69.4% at 5- and 8-week post-vaccination, respectively. Comparable levels of specific serum antibody production were induced by TX5RM-vaccinated via different routes. Microbiological analyses showed that TX5RM was recovered from the gut, liver, and spleen of the fish at 1-10 days post-oral vaccination and from the spleen, liver, kidney, and blood of the fish at 1-14 days post-immersion vaccination. Taken together, these results indicate that TX5RM is an attenuated E. tarda strain with good vaccine potential and that a combination of oral and immersion vaccinations may be a good choice for the administration of live attenuated vaccines. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

三种红藻光合作用色素系统的比较研究

本研究分为三个部分：1.以坛紫菜（Porphyra haitanesis Chang et Zheng）的叶状体和丝状体为研究对象，比较坛紫菜叶状体和丝状体的光合色素、色素蛋白的组成，并提取纯化藻红蛋白、藻蓝蛋白、藻胆体及类囊体膜和光系统。研究结果表明坛紫菜叶状体和丝状体色素及色素蛋白的含量不同，藻红蛋白是主要的色素蛋白，坛紫菜叶状体和丝状体的藻红蛋白的含量分别为2.9mg藻红蛋白/g鲜重、4.2mg藻红蛋白/g鲜重，这表明坛紫菜叶状体和丝状体藻红蛋白含量丰富，是提取藻红蛋白很好的材料。藻胆体的性质差异不大，但类囊体膜差异显著，从坛紫菜叶状体中分离到了两种不同的类囊体膜带，光系统Ⅰ(PSⅠ)和PSⅡ分别结合在两条类囊体膜带上，但从坛紫菜丝状体中也分离到两条类囊体膜带，它们的光谱性质和蛋白组成相似，仅放氧速率和DCIP活性有差异，从坛紫菜丝状体中我们仅分离到PSⅡ。坛紫菜叶状体PSⅡ有5种外在蛋白(33、20、Cytc 550、15、12kDa蛋白)，而坛紫菜丝状体外在蛋白仅有4条，缺少12kDa蛋白。2. 以在中国江苏部分地区进行了大规模的商业化栽培的突变体条斑紫菜（Porphyra yezoensis Ueda）和野生型条斑紫菜为研究对象，比较其色素及色素蛋白组成、对不能光质的利用率及藻胆体的组成。条斑紫菜和突变型条斑紫菜对不同的光质利用效果有差异，在白光的照射下，野生型紫菜的放氧速率最大，而突变型紫菜在黄光照射下的放氧速率最大。条斑紫菜野生型与突变型色素含量上有明显的差异,突变型紫菜的藻红蛋白含量明显减少而藻蓝蛋白的含量增加。通过杂交的方法证实诱变所获得条斑紫菜突变体为细胞质突变，但是突变型紫菜却发生了由细胞核编码的γ亚基的缺失，这表明突变型紫菜藻红蛋白含量和性质发生了明显的变化。3. 为了找出淡水红藻-深紫美芒藻(Compsopogon coeruleus (Balbis) Montagne)分布狭窄及生物产量低的原因，本文对深紫美芒藻在不同的盐离子浓度下的放氧速率及藻胆体色素组成和结构上进行研究。结果显示：微量的NaCl（0.1mM）促进深紫美芒藻放氧，而深紫美芒藻在较高的NaCl（1、10mM）, NaH2PO4 （0.1、1、10mM）和 NH4NO3（0.1、1、10mM）溶液中却没有检测到氧气的产生。这与深紫美芒藻生长的环境一致即深紫美芒藻生活在低盐浓度、低营养的泉水中。深紫美芒藻的藻胆体是由藻红蛋白、藻蓝蛋白及别藻蓝蛋白组成，上面结合α、β和γ亚基，含有藻红胆素、藻篮胆素，但缺乏缺少藻尿胆素。

SNAP-23蛋白在鲈鱼巨噬细胞白细胞介素1β分泌过程中的功能

SNARE蛋白家族是所有真核细胞胞吐及分泌作用中的关键因子，由其介导的运输囊泡膜与靶膜的锚靠、融合为胞内蛋白的运出提供了一条重要途径。体外试验表明，Syntaxin6-Syntaxin7-Vti1b，SNAP-23-Syntaxin4等SNARE核心蛋白之间精确的相互作用是哺乳动物巨噬细胞肿瘤坏死因子α (TNF-α)运输和分泌的必备条件，在机体非特异性免疫应答反应过程中起重要作用。 本研究受上述启示，旨在揭示SNARE蛋白在海洋鱼类免疫细胞内重要细胞因子白细胞介素1β (IL-1β)的分泌过程中的作用。参照Percoll密度梯度离心技术，从鲈鱼头肾组织分离纯化巨噬细胞进行稳定培养；利用RT-PCR方法克隆出鲈鱼t-SNARE蛋白SNAP-23和Syntaxin3的部分cDNA序列，再结合先前克隆的VAMP2和已知的鲈鱼IL-1β，TNF-α和IL-8的基因序列，设计特异性引物。利用Real-time PCR技术在mRNA水平上精确测定鲈鱼巨噬细胞中上述6种基因在革兰氏阴性菌脂多糖(LPS)分子刺激下的表达变化，发现SNAP-23基因与三种细胞因子基因的表达正相关；通过免疫印迹检测SNAP-23蛋白表达变化，利用酶联免疫吸附试验(ELISA)检测IL-1β的分泌水平，在蛋白水平上验证了SNAP-23表达与IL-1β分泌的正相关性；利用5`RACE和3`RACE技术克隆出鲈鱼SNAP-23全长基因，结合定点突变策略和靶向PCR克隆手段，构建鲈鱼SNAP-23野生型融合质粒pEGFP-SNAP-23wt，Cys缺失突变融合质粒pEGFP-SNAP-23ΔCys和模拟E型肉毒神经毒素(BoNT/E)切割突变融合质粒pEGFP-SNAP-23ΔBoNT/E，以及鲈鱼IL-1β野生型融合表达质粒IL-1β-pEGFP和IL-1β-pEYFP。所有融合蛋白均在鲈鱼巨噬细胞内成功表达，结合ELISA实验结果发现，SNAP-23野生型的表达对IL-1β的分泌有促进作用，而Cys缺失突变体的表达则抑制IL-1β向胞外分泌。首次证实了鱼类巨噬细胞内SNAP-23蛋白在IL-1β分泌过程中的重要作用。此外通过与GFP共表达，定位了IL-1β分子在巨噬细胞内的分布，发现新合成的IL-1β分子很可能像TNFα一样经“内质网－胞质－伪足－胞外” 的分泌路径运出胞外。

红毛菜发育过程及其生理基础

红毛菜（Bangia Lyngb.）属于红藻门，与紫菜属同属红毛菜科，其味道和营养都优于紫菜。目前红毛菜栽培产业已在我国福建莆田展开，但栽培技术还有待提高。海藻栽培技术的发展和成熟依赖于对其生长发育过程的认识。本研究针对红毛菜发育过程及相关光合生理展开，并初步探讨了一采自山西娘子关泉淡水红毛菜群体（FWB）的系统地位。 色素突变标记的壳孢子萌发特征表明最初两次分裂产生的4细胞决定了完整植株的形态建成。成熟植株，为雌雄异体。雌性生殖器果胞的标志性分化结构为原始受精丝，环境因子是促发原始受精丝发展的外部因素，其膨大程度随受精的延迟而增大。原孢子是主要的无性生殖孢子类型，在不良环境中，藻体也会形成内生孢子或休眠包囊，或者藻体断裂后重新形成完整的植株。 红毛菜的生长发育很大程度上受环境因子的控制。高温不利于配子体的发育，15-20 ºC比较适宜。红毛菜无性繁殖的最适温度-光照组合为20 ºC-8 h，有性繁殖为15 ºC-12h。 不同发育阶段，PSII实际光合效率（Y(II)）与细胞的健康状况以及光合器官完整性及其在细胞内的分布有关，而与细胞的类型关系不大。健康的假根细胞、已分化未成熟的精子以及果孢子细胞均具有很高的Y(II)。色素体由中间位变为围周位，中央大液泡（营养藻丝）和大小纤维囊泡（成熟孢子与精子）的产生，使得细胞Y(II)降低。刚放散的壳孢子Y(II)很低，说明在壳孢子由贝壳基质释放到自由水体过程，光合作用受到一定程度抑制；而2h后，Y(II)开始恢复，rbcL的转录水平非常高，为孢子的萌发储备物质和能量需求。 在失水和低盐胁迫下，藻体均维持较高的Y(II)。干出处理至藻体重量不再变化，复水后Y(II)可回复初始水平。海生红毛菜在100％淡水培养基中（约20ºC）培养7天后，部分雄性藻体依然活着。从而体现了红毛菜位居高潮带的生理优势。 FWB终生行无性繁殖，藻体形态与发生以及染色体数目（4条）与海生群体没有区别。而rbcL-rbcS Spacer序列显示，红毛菜海生群体（无性和有性）具有完全相同的序列，而FWB与它们有5bp差异，但是与欧洲、北美地区的淡水群体仅1bp不同，初步说明所有淡水红毛菜群体具有共同的原始起源。

迟缓爱德华氏菌基因组fosmid文库的构建、opp基因簇的克隆及aroA基因缺失突变株的构建

本研究构建了迟缓爱德华氏菌(Edwardsiella tarda)LSE40 基因组fosmid文库，该文库共包含2 500个克隆，插入片段平均大小为33.6kb，文库总容量约84Mb，覆盖E.tarda LSE40基因组（按5Mb计算）超过16倍。随机挑取1 000个fosmid克隆进行双末端测序共得到1 741条高质量的序列，序列平均长度546 bp，全长949 997bp，约为E.tarda基因组的19％。将这些序列提交到KEGG自动注释服务器KAAS对所得序列进行代谢途径分析，得到E.tarda LSE40的KO (KEGG Orthology) 注释。分析结果表明，与代谢途径相关的基因有932条序列，与环境信息处理相关基因283条，与遗传信息处理相关基因220条，与细胞进程和人类疾病相关的基因分别为64条和16条。同时将序列进行BlastX，按照微生物致病性共同主题找到61个毒力相关基因。Fosmid文库的建立和部分基因组序列的生物信息学分析为进一步研究E.tarda LSE40的致病机制、代谢机制和生理生态机制提供了丰富的物质基础。 通过比较基因组的方法，从E.tarda LSE40 fosmid文库克隆到编码寡肽透过酶的opp基因簇，该基因簇全长6 741bp，含有5个ORF，依次编码OppA-B-C-D-F 5个蛋白；位于oppA和oppB的间隔区和oppF之后的非编码区各有一个茎环结构，推测分别为oppA和opp基因簇的转录终止子。以细菌OppA的保守结构域SBP_bac_5构建系统发生树，结果显示E.tarda LSE40与同属细菌E.ictaluri的亲缘关系最近，与肠杆菌科细菌的亲缘关系较近，与革兰氏阳性细菌的亲缘关系较远，表明OppA的SBP_bac_5结构域可作为细菌分类鉴定的依据。 从E.tarda LSE40 fosmid文库克隆aroA基因全序列，该序列全长1 287bp，编码428个氨基酸，与鲶鱼爱德华氏菌(E. ictaluri)氨基酸相似性在94%，与其他肠杆菌科菌如Escherichia coli和Yersinia enterocolitica相似性在73%-74%。通过In-frame deletion构建了E.tarda LSE40 aroA缺失突变株。与野生型相比，aroA突变株的半数致死量LD50提高了62倍。在牙鲆接种~106cfu/ml的E.tarda细菌时，接种野生型细菌的牙鲆在6天内全部死亡，濒死鱼的细菌数达7.97×108cfu/ 100mg；而接种aroA突变株的牙鲆没有出现死亡，28天后检测不到细菌的存在。实验结果为进一步评价aroA突变株作为减毒活疫苗打下了基础。