论文部分内容阅读
在地球的氮化学循环过程中，微生物是主要的驱动力，包括固氮作用、氨氧化作用、硝化作用、反硝化作用和氨化作用。氮循环过程中微生物之间的相互作用机制是目前环境微生物学家最为关注的领域，理解物质循环及细菌间的协调控制也是其中最为重要的科学问题之一。微生物的群体感应(QuorumSensing，QS)是通过向环境中释放信号分子并感应其浓度变化，当信号分子在环境中积累到一定阈值时可以调控微生物生理代谢的行为。然而目前对氮循环过程中细菌群体感应调控过程的认识仍不完整。本论文以典型的硝化模式细菌维氏硝化杆菌（Nitrobacter winogradskyi）为研究对象，利用生物信息学及分子生物学等研究方法对预估的酰基高丝氨酸内酯(acyl-homoserine lactones，AHL)信号分子合成酶基因进行了异源表达，完成了硝化细菌群体感应系统的验证工作。同时在硝化细菌中发现一种新的信号分子，这种信号分子对细菌的硝化过程有一定的影响。本研究获得了以下创新性结果: 1)首次在N.winogradskyi中发现了功能性的AHLs合成酶基因。本研究选取了三种硝化过程模式细菌（Nitrosomonas europaea，Nitrobacter winogradskyi，Nitrobacter hamburgensis）进行AHLs信号分子合成酶基因的验证。利用生物信息学手段比对出三种细菌中可能的AHLs信号分子合成酶基因，导入到大肠杆菌中进行异源表达，发现位于N.winogradskyi中的AHLs信号分子合成酶序列(nwiⅠ)能够成功表达，并催化合成C7-HSL、C8-HSL、C9-HSL、C10-HSL、C8∶1-HSL、C9∶1-HSL、C10∶1-HSL和C11∶1-HSL八种不同链长及不同饱和度的信号分子。 2)在N.winogradskyi中发现了一种新的信号分子:7，8-tr ans-N-(decanoyl)homoserine lactone（C10∶1-HSL）。通过LC-MS技术对nwiⅠ异源表达所产生的信号分子种类进行鉴定的过程中，发现有一种高表达量的信号分子与已知的标准品无法对应。通过核磁共振氢谱(1H NMR)和碳谱(13C NMR)的测定，发现是一种具有C=C双键的信号分子，最终通过二维化学位移相关谱(COSY)确定了酰基侧链中的双键位于C7和C8分子中间。结合LC-MS中离子碎片的结果，确定该信号分子所对应的结构为7，8-trans-N-(decanoyl) homoserine lactone(C10∶1-HSL)。通过外源添加该信号分子，发现其对硝化过程有一定影响。