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Xanthomonasperforansに関連するバクテリオシンをコードする3つの新規遺伝子座の特徴付け
Characterization of three novel genetic loci encoding bacteriocins associated with Xanthomonas perforans.
PMID: 32469926 PMCID: PMC7259588. DOI: 10.1371/journal.pone.0233301.
抄録
バクテリアスポットは、フロリダ州のトマトの破壊的な病害で、1990年代初頭まではXanthomonas euvesicatoriaが原因とされていた。X. perforans は 1991 年にフロリダで初めて確認され、2006 年までにトマトのバクテリアスポット病に関連する唯一のキサントモナスであった。X. perforans株がin vitroおよびin vivoの両方でX. euvesicatoriaに対抗する能力は、Bcn-A、Bcn-B、Bcn-Cの3つのバクテリオシンの産生と少なくとも部分的に関連していた。本研究の目的は、これらのバクテリオシンの遺伝的決定因子を明らかにすることであった。Bcn-Aの活性は5つのORFからなる1つの遺伝子座に限定され、そのうち3つのORF（ORFA、ORF2、ORF4）がバクテリオシン活性に必要とされた。5番目のORFは、in vitroおよびin vivoでのアッセイからBcn-Aに対する免疫タンパク質をコードすると予測された。最初のORFは1,398アミノ酸のBcn-Aをコードしており、バイオインフォマティクス解析によりRHSファミリーの毒素の一種であると予測されている。相同性モデリングの結果から、Bcn-Aのアミノ末端はX. euvesicatoriaの外膜にあるタンパク質と相互作用しているのではないかと考えられた。Bcn-Aのカルボキシ末端が未知のタンパク質と相互作用してX. euvesicatoriaの外膜に穴を開け、その結果、付属タンパク質を標的に送り込み、細胞死を引き起こすのではないかと考えられる。Bcn-Aは分泌されると活性化されるようである。他の2つの遺伝子座はそれぞれBcn-BとBcn-Cをコードする単一のORFであることが示された。両方の遺伝子産物は既知のプロテアーゼとの相同性を有している。Bcn-B と Bcn-C のプロテアーゼ活性はミルク寒天アッセイで確認された。Bcn-BはArgC様セリンプロテアーゼであることが予想され、PMSFによるプロテアーゼ活性の阻害により確認されたが、Bcn-Cは2つの亜鉛メタロプロテアーゼと50%以上のアミノ酸配列同一性を有する。
Bacterial spot is a destructive disease of tomato in Florida that prior to the early 1990s was caused by Xanthomonas euvesicatoria. X. perforans was first identified in Florida in 1991 and by 2006 was the only xanthomonad associated with bacterial spot disease in tomato. The ability of an X. perforans strain to outcompete X. euvesicatoria both in vitro and in vivo was at least in part associated with the production of three bacteriocins designated Bcn-A, Bcn-B, and Bcn-C. The objective of this study was to characterize the genetic determinants of these bacteriocins. Bcn-A activity was confined to one locus consisting of five ORFs of which three (ORFA, ORF2 and ORF4) were required for bacteriocin activity. The fifth ORF is predicted to encode an immunity protein to Bcn-A based on in vitro and in vivo assays. The first ORF encodes Bcn-A, a 1,398 amino acid protein, which bioinformatic analysis predicts to be a member of the RHS family of toxins. Based on results of homology modeling, we hypothesize that the amino terminus of Bcn-A interacts with a protein in the outer membrane of X. euvesicatoria. The carboxy terminus of the protein may interact with an as yet unknown protein(s) and puncture the X. euvesicatoria membrane, thereby delivering the accessory proteins into the target and causing cell death. Bcn-A appears to be activated upon secretion based on cell fractionation assays. The other two loci were each shown to be single ORFs encoding Bcn-B and Bcn-C. Both gene products possess homology toward known proteases. Proteinase activity for both Bcn-B and Bcn-C was confirmed using a milk agar assay. Bcn-B is predicted to be an ArgC-like serine protease, which was confirmed by PMSF inhibition of proteolytic activity, whereas Bcn-C has greater than 50% amino acid sequence identity to two zinc metalloproteases.