การโคลนและการแสดงออกของแฟลกเจลลินจาก Bacillus subtilis N3 ใน Escherichia coli เพื่อการยับยั้งราก่อโรคในพืช Curvularia lunata

Abstract

Curvularia lunata เป็นราสายใยที่พบทั่วไปในดินซึ่งก่อให้เกิดโรคในพืชเศรษฐกิจหลายชนิด และส่งผลให้เกิดความเสียหายทางด้านเศรษฐกิจเป็นอย่างมาก เกษตรกรจึงจำเป็นต้องควบคุมและกำจัดรานี้ ซึ่งแนวทางที่น่าสนใจในการยับยั้งและกำจัดรา คือ การใช้วิธีการทางชีวภาพซึ่งไม่ก่อให้เกิดอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตและไม่ส่งผลเสียต่อสิ่งแวดล้อม งานวิจัยก่อนหน้าพบว่าสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพจาก Bacillus subtilis N3 สามารถยับยั้งการเจริญของ C. lunata ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อวิเคราะห์สารออกฤทธิ์ทางชีวภาพดังกล่าว พบว่าเป็นโปรตีนที่มีความคล้ายกับแฟลกเจลลิน เอ ซึ่งเป็นยูนิตโปรตีนที่เป็นส่วนประกอบของแฟลกเจลลาในแบคทีเรีย งานวิจัยนี้จึงมุ่งศึกษายีนที่ประมวลรหัสให้โปรตีนแฟลกเจลลินจาก B. subtilis N3 โดยให้แสดงออกใน Escherichia coli BL21 ผลการวิจัยพบว่ายีนแฟกเจลลินที่สมบูรณ์จาก B. subtilis N3 มีขนาด 990 คู่เบส ที่แปลรหัสให้โปรตีนที่มีกรดอะมิโน 330 เรซิดิว โดยมีความใกล้เคียงกับโปรตีนแฟลกเจลลิน เอ ของแบคทีเรียในกลุ่ม Bacillus สูงถึง 100% เมื่อถ่ายโอนรีคอมบิแนนท์พลาสมิดที่มียีนแฟลกเจลลินดังกล่าวเข้าสู่ E. coli BL21 แล้วชักนำให้เกิดการแสดงออกของโปรตีนด้วย IPTG พบว่าส่วนของเซลล์และส่วนของน้ำเลี้ยงเชื้อที่ปราศจากเซลล์มีการแสดงออกโปรตีนขนาด 37 kDa และ 37-40 kDa ตามลำดับ ภาวะที่เหมาะสมในการชักนำให้เกิดการแสดงออกของโปรตีน คือ IPTG ความเข้มข้นสุดท้าย 0.1 มิลลิโมลาร์ เป็นเวลา 8 ชั่วโมงในส่วนของเซลล์ และ 16 ชั่วโมงในส่วนของน้ำเลี้ยงเชื้อ เมื่อนำมาทดสอบประสิทธิภาพในการยับยั้ง C. lunata พบว่าน้ำเลี้ยงเชื้อปราศจากเซลล์สามารถยับยั้ง C. lunata ได้ 21.3 % เมื่อทำบริสุทธิ์โปรตีนพบว่าโปรตีนบริสุทธิ์มีขนาดประมาณ 41 kDa และมีความสามารถในการยับยั้ง C. lunata ได้ โดยทำให้เกิดความผิดปกติของสายใยและยับยั้งการงอกของสปอร์ เมื่อโคลนและแสดงออกโดเมน N และโดเมน C ของแฟลกเจลลินพบว่าไม่เกิดการแสดงออกโปรตีนใน E. coli BL 21 เมื่อใช้วิธีการกลายแบบสุ่มบนยีนแฟลกเจลลินด้วยปฏิกิริยาลูกโซ่พอลิเมอเรสในภาวะที่มีความแม่นยําต่ำและเอื้อต่อความผิดพลาด พบว่าโคลนที่แสดงออกโปรตีนที่เกิดการกลายบริเวณโดเมน C โดยเกิดการเปลี่ยนแปลง A330T และ D293N นั้น สูญเสียความสามารถในการยับยั้ง C. lunata เนื่องจากกรดอะมิโนที่เกิดการเปลี่ยนแปลงไปมีสมบัติเฉพาะและโครงสร้างแตกต่างกัน ซึ่งส่งผลต่อโครงสร้างสามมิติของโปรตีน ทำให้สูญเสียความสามารถในการยับยั้งราดังกล่าว งานวิจัยนี้เป็นงานวิจัยแรกที่แสดงว่าตำแหน่งของกรดอะมิโนบริเวณโดเมน C ของโปรตีนแฟลกเจลลินที่อะดีนีนตำแหน่งที่ 330 และกรดแอสพาร์ติกที่ตำแหน่ง 293 รับผิดชอบต่อความสามารถในการยับยั้ง C. lunata