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假单胞菌代谢芳香化合物潜能研究

杜淮清  
【摘要】:芳香化合物在自然界中广泛存在,种类繁多且结构复杂。芳香化合物是重要的生物资源,占陆地植物生物量的25%,是重要的工业化合物的生产原材料和中间体。同时,芳香化合物也是常见的污染物,能够长时间保留,难以降解。研究芳香化合物代谢对于生物质资源利用和污染物处理有重要意义。假单胞菌在土壤、水源、植物和人体中广泛分布,能够在各种生长条件下生长,有机物的降解能力和底物耐受性较高,在多环芳烃类降解和生产高附加值芳香化合物方面表现出优良特性,被认为具有很高芳香化合物代谢潜力。充分研究发掘假单胞菌代谢芳香化合物潜能,是开发芳香化合物资源和处理环境污染问题的途径之一。本文采用比较基因组学的方法,选取53株已完成全基因组测序的假单胞菌,对代谢芳香化合物的潜力进行分析,发现假单胞菌对芳香化合物的代谢能力强,且这种能力不是局限于特定菌株,而是广泛分布于假单胞菌中。推测多样性与假单胞菌自身基因组活跃性有关,频繁的基因水平转可能在芳香化合物的代谢能力获得中发挥了重要作用。本文通过插入序列、免疫能力的分析验证了分析的合理性。木质素代谢中间体阿魏酸在假单胞菌中的代谢途径已被深入研究,最常见的代谢途径是以阿魏酸为底物合成香兰素。阿魏酸作为植物次级代谢产物适合香兰素合成,但能够达到工业化应用水平的菌株极少。目前对大肠杆菌和假单胞菌等易操作的菌株进行基因改造生产香兰素是研究者们主要关注的思路。通过挖掘恶臭假单胞菌B6-2基因组数据,筛选了多个可能的阿魏酸代谢相关基因,并进行荧光定量反转录PCR验证。结果显示在阿魏酸培养条件下,adhA、adhB、adhD、vdh基因转录量分别是甘油培养条件下的5.0倍、5.5倍、6.8倍和3.9倍。adhA、adhB、adhC、adhD、vdh基因敲除后恶臭假单胞菌B6-2仍可利用阿魏酸为唯一碳源生长,敲除菌株V1能够短暂的积累香兰素,最高能积累0.1 g/L左右,之后香兰素消失,产物不能积累;敲除菌株A1、A2、A3和A4产生目标产物香兰素以外的产物,同样不能积累香兰素。


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