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作为新兴绿色水处理剂,微生物絮凝剂研发及应用越来越受到各国科学家的重视,多年来一直是环境生物技术领域的研究热点。然而,微生物絮凝剂的生物合成途径、代谢途径及相关基因尚不清晰,致使无法确定野生菌株产絮性状不稳定和产量低的根本原因,无法从根本上解决微生物絮凝剂存在的问题。基于基因组/转录组分析,本文开展了多糖型微生物絮凝剂合成途径及其群体调控机制的研究,为填补微生物絮凝剂合成途径研究的不足,为解决微生物絮凝剂产量低和产絮性状不稳定问题提供理论支持。基于Agrobacterium tumefaciens F2的全基因组测序数据,采用生物信息学和比较基因组方法,分析菌株F2基因组中主要代谢途径与调节机制相关的功能基因;产絮菌F2所产微生物絮凝剂主要有效成分为多糖,因此将多糖型微生物絮凝剂合成基因集中在多糖合成基因上。在菌株F2基因组中发现了84个多糖型微生物絮凝剂合成基因,其中参与琥珀酰聚糖合成exo基因最可能指导多糖型微生物絮凝剂合成;此外,菌株F2质粒上发现了与Rhizobium和Agrobacterium中tra R/tra I群体感应系统具有高度相似的基因簇;完成了多糖型微生物絮凝剂合成基因及其调控基因的解析,为多糖型微生物絮凝剂合成基因和群体感应系统调控基因的功能解析提供大量基因组信息。为了确定多糖型微生物絮凝剂合成基因的功能和合成途径,对产絮菌F2发酵过程中高通量基因转录组和基因表达差异进行分析;从基因组解析的84个多糖型微生物絮凝剂合成基因中确定了65个在发酵过程中发生显著差异的基因,通过比对A.tumefaciens C58和F2合成胞外多糖的单糖组分和合成基因的异同,构建多糖型微生物絮凝剂exo基因簇,并确定了多糖型微生物絮凝剂合成基因的功能和合成途径,揭示引起多糖型微生物絮凝剂产量和效能差异的合成基因类型,为多糖型微生物絮凝剂合成途径的研究提供崭新的思路和方法,为强效表达合成途径的关键基因从而实现多糖型微生物絮凝剂定向合成方法提供理论依据。细菌通过群体感应现象协调群体基因同步表达从而调控胞外物合成的群体行为,而提高调控基因的表达可以实现定向调控多糖型微生物絮凝剂的合成这种群体行为;基因组/转录组分析发现产絮菌F2中具有群体感应系统调控基因,利用UPLC-MS/MS在菌株F2发酵液中检测出七种N-acyl-homoserine lactones(AHLs);同时,研究投加C6-HSL和3-oxo-C8-HSL下对多糖型微生物絮凝剂合成的影响,研究结果表明,投加一定浓度的C6-HSL和3-oxo-C8-HSL时,微生物絮凝剂的糖型微生物絮凝剂效能得到了显著提高,在投加C6-HSL和3-oxo-C8-HSL最优投加量0.4μM和0.2μM下,多糖浓度分别提高1.6倍和1.4倍。此外,对投加C6-HSL和3-oxo-C8-HSL下温度和初始p H值对多糖型微生物絮凝剂合成的影响进行研究,并通过响应面优化得到了C6-HSL和3-oxo-C8HSL投加下微生物絮凝剂发酵最优条件,在此条件下合成的多糖型微生物絮凝剂与未投加相比,多糖浓度分别提高1.75倍和1.55倍,絮凝率分别提高了10%和10.96%。为了进一步探究信号分子AHLs对多糖型微生物絮凝剂合成途径的调控,基于基因转录组测序分析,对C6-HSL投加下菌株F2群体感应系统和多糖型微生物絮凝剂合成基因表达差异进行分析;从基因层面证实了菌株F2基因组中存在与Rhizobium高度相似的traR/tra I群体感应系统,而C6-HSL也可以作为自诱导物与Agau_P200438形成复合物,参与产絮菌F2多糖型微生物絮凝剂合成的调控作用,诱导参与多糖转移和转运基因的表达。综合以上分析,从宏观和微观层面揭示了信号分子AHLs对多糖型微生物絮凝剂合成的群体调控机制,为理解微生物絮凝剂合成的调控机制,为提高调控基因的表达从而实现多糖型微生物絮凝剂定向调控的方法提供理论依据。