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烟草是重要的经济作物,烟叶醇化(陈化)是烟草加工的重要生产环节。微生物在烟草醇化期间发挥着重要的作用,目前关于烟草醇化期间微生物类群的多样性和动态变化的报道相对较少。烟碱(尼古丁)是烟草中的重要成瘾物质,近几年来,利用微生物降解烟碱及相关的降解机制已成为研究的热点。本论文的研究内容主要包括两个方面:一、应用免培养方法分析津巴布韦烟叶醇化前后的细菌多样性和种群的变化。二、对烟碱降解细菌P1206的基因组进行初步分析,推测P1206基因组中参与烟碱降解的基因。
主要研究结果如下:
(1)醇化前后津巴布韦烟叶表面微生物16SrRNA序列文库分析表明,醇化前后的烟叶样品克隆文库分别包含84和65个细菌的操作分类单元(OTUs)。在醇化前后两个文库中克隆比例都大于4%有以下属:鞘氨醇单胞菌属(4.84%,4.18%),寡养单胞菌属(4.84%,5.23%),欧文氏菌属(5.81%,4.88%),泛菌属(19.35%,18.47%)和假单胞菌属(21.29%,24.04%)。两文库中的优势菌有较大的差异,醇化前烟叶样品的部分优势菌株如黄褐假单胞菌、假单胞菌(AM909658)、克雷伯菌(HM584796)和泛菌(AY501386)在醇化后烟叶中没有检测到;而经过醇化,烟叶样品中也出现了新的优势菌如泛菌(GU566350),假单胞菌(EF157292)和Buttiauxellaizardii。恶臭假单胞菌、Pantoeavagans、欧文氏菌(EU336938)和嗜麦芽寡养单胞菌在醇化前后都是优势菌。其中恶臭假单胞菌被报道与烟碱降解有关,而其它的优势菌在烟草醇化中的作用尚未见报道。其中泛菌(GU566350)和假单胞菌(EF157292)在醇化后的烟叶样品克隆文库中所占的比例最大,并且这两类细菌在醇化前的烟叶样品中没有检测到,它们是随着醇化的进行而出现在烟叶样品中,据此我们推测这两类细菌适应烟叶醇化的环境,可能会对烟叶醇化的过程发挥着作用。系统进化树表明醇化前后烟叶中的细菌主要聚类形成两个进化分支(A,B),其中分支A主要包括γ-变形杆菌、β-变形杆菌和α-变形杆菌,分支B主要包括硬壁菌门、不动杆菌门和拟杆菌门细菌。从系统进化树可见,醇化以后进化分支B的细菌类群增加,而进化分支A的细菌类群减小;其中有两个亚支(A3和A13)的细菌只在醇化烟叶中发现,A3包括两个OTUs分别为δ-变形杆菌和ε-变形杆菌,而A13为不可培养细菌。
(2)细菌P1206的基因组和烟碱降解相关基因的初步分析。对已经测定全基因组的假单胞菌属的菌种,每个菌种挑取一株菌株和P1206构建系统进化树,P1206与PseudomonasfluorescensPf0-1聚在一支。经过Blast分析,P.putidaS16有关烟碱降解的基因簇nic2在P1206中有同源基因,相似性达到99%,而P.putidaS16烟碱降解途径中的其它基因在P1206中未找到同源基因,据此我们推测P1206的烟碱降解途径可能与P.putidaS16的降解途径部分相同。我们选取P.fluorescensPf0-1,P.putidaS16和P1206进行基因组比较分析,结果表明P1206所独有的基因936个,P.putidaS16和P1206特有的基因有138个。经过NCBI比对发现,这138个基因中的某些基因只存在于P.putidaS16和P1206中,并且与nic2基因簇聚集在一起。据此我们推测这些特有基因可能与烟碱降解有关,但细菌P1206具体的烟碱降解途径还有待深入研究。
本论文的创新性:
(1)首次采用免培养的方法对醇化前后的津巴布韦烟叶的细菌多样性进行报道。
(2)对P1206基因组进行初步分析,推测P1206基因组中参与烟碱降解有关的基因,为进一步阐明细菌P1206的烟碱降解机制奠定基础。