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基于细菌全基因组技术对AMDY2-9-2的氧化硫能力研究

闵婕  
【摘要】:AMDY2-9-2由安徽铜陵酸性矿水样品中分离纯化得到。安徽铜陵废矿区环境具有含铁硫化矿物,重金属含量高,pH低等特征,酸性矿区环境形成的原因一方面源自于含硫化物化学反应,另一方面可能源自于矿区微生物群落氧化硫产生的S042-等酸性硫化物。因此,为了研究硫氧化微生物在酸性环境形成中的作用,本实验以AMDY2-9-2为研究对象,利用细菌全基因组技术,重点研究AMDY2-9-2的硫氧化能力。在通过De novo全基因组技术获得AMDY2-9-2全部基因后,利用现有通用数据库,对基因进行注释,由此可获得AMDY2-9-2硫氧化基因及其可能的硫氧化通路;此外,通过比较基因组的手段,将AMDY2-9-2基因与典型硫氧化菌株做共线性,基因家族等信息分析,获得AMDY2-9-2硫氧化基因可能的定位,作用方式及进化等信息,为深入的实验研究指明方向。根据AMDY2-9-2全基因组的结果,通过在其培养环境中添加不同浓度,不同粒径的单质硫以研究其对单质硫的氧化情况,此外,通过改变AMDY2-9-2与单质硫的接触方式以及培养环境中电子受体,研究其氧化单质硫的方式以及硫氧化功能蛋白的作用途径。通过这一系列针对AMDY2-9-2硫氧化能力的研究,旨在发现其氧化硫的方式及关键环节。希望通过后期人为干预的方式减缓其硫氧化进程,以此达到缓解及治理矿区环境酸化现象。在经GOG,GO及KEGG数据库注释及比较基因组的生物信息分析后,AMDY2-9-2基因数据显示出了其独立的硫氧化基因体系,但并未显示出独立的铁还原基因体系;与铁代谢有关的基因多以铁硫簇的形式存在。这就表明,AMDY2-9-2的铁还原功能与硫代谢功能可能是偶联的。此外,AMDY2-9-2中编码铁硫代谢过程的基因同时也编码其他生理过程,如氨基酸代谢,碳循环等,因此,在菌株存在的环境中所发现的如SO42-,Fe2+等指征硫氧化及铁还原的标记物,并不完全意味着AMDY2-9-2即具有硫氧化-还原铁偶联能力,因这些物质亦有可能是其他生理过程的中间产物。因此,只有结合了基因水平的实验结果与理化实验结果,才可最终确认AMDY2-9-2的铁硫代谢功能。在生理生化实验部分,我们以菌体生长量,pH,Eh,SO42-以及Fe2+浓度来表征和衡量单质硫的氧化程度及单质硫氧化-铁还原的偶联程度。研究结果显示,当培养基中单质硫添加量小于等于6g/L时,AMDY2-9-2对单质硫的氧化能力与单质硫添加量呈正相关;当添加同样浓度的单质硫时,所添加的单质硫粒径越小,AMDY2-9-2对单质硫的氧化程度越高。研究AMDY2-9-2氧化单质硫的作用方式的实验结果表明,AMDY2-9-2氧化单质硫时,AMDY2-9-2必须与单质硫有直接或间接的接触,并且只有在菌体完整且具有生物活性的条件下才能参与单质硫的氧化过程;此外,在硫氧化过程中,氧和Fe3+这两种电子受体可同作为电子受体而参与到单质硫的氧化过程,但相比于Fe3+,氧是AMDY2-9-2氧化单质硫的更高效电子受体;该实验结果说明,在缺乏氧受体的情况下,Fe3+是能够作为代替的电子受体参与硫氧化过程,换言之,在乏氧情况下,AMDY2-9-2具有硫氧化-铁还原偶联功能。


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