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ω-3超长链多不饱和脂肪酸(Very long chain polyunsaturated fatty acids,VLC-PUFAs),特别是二十碳五烯酸(Eicosapentaenoic acid,EPA)及二十二碳六烯酸(Docosahexaenoic acid,DHA)对人体健康具有重要的生理作用。鱼油是这些ω-3 VLC-PUFAs的主要商业来源,然而由于污染加重及产量有限,已经无法满足不断增长的市场需求,微藻和海洋细菌已成为ω-3 VLC-PUFAs的重要替代来源。目前通过隐甲藻和裂殖壶菌合成DHA的产品已经进入市场,但尚无EPA商业化产品,且针对海洋细菌来源的ω-3 VLC-PUFAs的研究相对较少。本研究拟以北极环境中分离到的海洋细菌为研究对象,大规模筛选高效合成EPA的菌株,同时重点揭示一株海洋细菌通过独特的聚酮酶合成途径(Polyketide synthase,PKS)合成DHA的机制。首先,以采自北极地区的176株细菌为材料,结合TTC(2,3,5-氯化三苯基四氮唑)显色反应和气相色谱(Gas chromatography,GC)初步筛选产EPA的菌株,再通过气质联用(Gas chromatography-Mass spectrometry,GC-MS)确定终产物结构。结果显示4株菌能够合成EPA,经16S rDNA鉴定,依次为Nocardioides plantarum、Compostimonas suwonensis、Flavobacterium omnivorum和Shewanella baltica,其中Nocardioides和Compostimonas种属尚未有报道产EPA的菌株。此外,编号6-42(Shewanella baltica)的菌株合成的EPA占总脂肪酸百分比含量最高,达到4.9%。因此,我们进一步研究了温度和浅蓝菌素等培养条件对S.baltica 6-42菌株EPA含量的影响。在0°C条件下培养,S.baltica 6-42菌株的EPA含量达8.8%,相比10°C条件下培养,EPA含量提高了1.5倍;10°C下加入3mg/mL的浅蓝菌素后,其EPA含量达7.6%,是未加浅蓝菌素时的1.6倍;最终,在0°C下加入3mg/mL的浅蓝菌素静置培养,其EPA含量为11.5%,相比初始的4.9%增加了2.4倍。全基因组测序结果显示,S.baltica 6-42基因组大小为5.1 Mb、GC含量为41.67%,共有4597个编码基因,占基因组大小的84.35%。将编码基因的氨基酸序列与COG、KEGG、GO等数据库进行比对,发现这些基因主要参与各大代谢通路。我们重点关注参与EPA合成的PKS途径中五个基因,整个基因簇大小为18954bp。遗传进化分析发现S.baltica 6-42的pfa基因簇中PfaABCD蛋白序列保守性较高,而PfaE与其他Shewanella的对应蛋白序列差异明显。此外,将S.baltica 6-42与同种属的S.baltica OS155和S.baltica OS678进行基因组共线性分析,发现S.baltica 6-42与两个同种属的菌株在进化过程中基因组结构发生了明显的变化。其次,我们对一株北极来源的Colwellia psychrerythraea 34H合成DHA的机制进行了研究。通过基因组比对,发现C.psychrerythraea 34H中存在编码DHA合成的关键基因簇(pfaEABCD),全长约为20 Kb。经高保真长片段PCR扩增获得pfaE和pfaABCD片段后构建重组质粒,分别命名为pSTV28::pfaE(DHA)和pDHAΔpfaE。含pSTV28::pfaE(DHA)和pDHAΔpfaE双质粒的DH5a可合成DHA,15°C下培养含量达3.4%,而仅含pDHAΔpfaE质粒的重组菌株不产DHA。随后构建来源于产DHA、EPA、ARA(二十碳四烯酸)菌株的pfaE重组质粒,依次标记为pfaE(DHA-M)、pfaE(EPA)和pfaE(ARA)。将不同来源的pfaE与C.psychrerythraea 34H的pfaABCD共表达,均可合成DHA且pfaE(EPA)组合的重组菌株DHA含量最高,15°C下DHA含量达3.7%。进一步研究了温度和浅蓝菌素对重组菌株合成DHA的影响,结果表明低温有利于DHA的积累,10°C时pfaE(EPA)重组菌株DHA含量最高,达到4.1%,是20°C时DHA产量的13.7倍。加入一定浓度浅蓝菌素可促进重组菌株合成DHA。当加入2mg/mL的浅蓝菌素到培养基中,含有pfaE(DHA)重组菌株的DHA含量提高到7.0%