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β-二甲基巯基丙酸内盐(dimethylsulfoniopropionate,DMSP)主要是由海洋浮游植物和大型藻类合成的有机硫分子,在海洋环境中几乎无处不在,其生物代谢产物之一的挥发性气体二甲基硫(dimethyl sulfide,DMS)是大气硫的最大天然来源。DMSP和DMS在全球硫循环中至关重要,并且影响着全球气候。南极地区DMS(P)时空分布的多变性使其成为研究热点,然而关于微生物介导的DMS产生知之甚少。本论文获得了可降解DMSP产生DMS的南极红球菌Rhodococcus sp.NJ-530,通过全基因数据分析和生物信息学分析鉴定了其中参与DMSP代谢的候选基因,尤其是DMSP裂解酶基因ddd D-Rh,从而构建了南极红球菌Rhodococcus sp.NJ-530代谢DMSP的途径。通过DNA重组技术实现ddd D-Rh的异源表达,验证其裂解DMSP活性。通过转录组测序获得南极红球菌Rhodococcus sp.NJ-530中的基因响应于DMSP的转录特征,通过实时荧光定量PCR技术揭示温度和盐度对ddd D-Rh转录水平的影响。具体结果如下:1)以DMSP为唯一碳源筛选获得了一株南极革兰氏阳性放线细菌——南极红球菌Rhodococcus sp.NJ-530,并通过气相色谱法测得其代谢DMSP产生DMS的速率为3.96 pmol/mg protein/h。碳源测试结果显示,南极红球菌Rhodococcus sp.NJ-530能以DMSP为唯一碳源生长,但与常规碳源相比,DMSP却不能支持其大量的生长。2)全基因组测序结果表明南极红球菌Rhodococcus sp.NJ-530基因组大小为7,324,898 bp,包括了一条染色体和四个质粒。预测编码基因数为7,371个,并对其进行了GO、KEGG等数据库功能注释。在南极红球菌Rhodococcus sp.NJ-530基因组中识别到参与DMSP代谢的候选基因,分别命名为ddd D-Rh、ddd BRh、ddd C-Rh,因此推测其代谢DMSP途径为:DMSP经Ddd D-Rh裂解生成DMS和3-羟基丙酸(3-hydroxypropionate,3-HP),3-HP在Ddd B-Rh作用下生成丙二酸半醛(malonate semialdehyde,MAL-SA),最后MAL-SA经Ddd C-Rh催化产生乙酰-Co A和CO2。3)推定的DMSP裂解酶基因ddd D-Rh所编码的Ddd D-Rh蛋白含有两个Cai B结构域,属于III型Co A转移酶超家族。预测的Ddd D-Rh分子量为73.21 k Da,不管在序列相似性上还是进化关系上它都与先前已表征的Ddd D酶有很大不同。重组的Ddd D-Rh主要以包涵体形式在BL21(DE3)表达,采用低温透析法对其进行复性,体外研究表明,在乙酰-Co A存在下,复性后的Ddd DRh可以裂解DMSP产生DMS,表明该酶是具有功能的,这也是革兰氏阳性放线菌门中第一个具功能的Ddd D。4)转录组学分析结果显示,未诱导和经DMSP诱导的南极红球菌Rhodococcus sp.NJ-530之间有2906个差异表达基因,其中有1349个上调基因和1557个下调基因。推定的调控DMSP下游代谢步骤的ddd BRh和ddd C-Rh在本次分析中均为显著上调基因。实时荧光定量PCR表明高温(20℃)更利于ddd D-Rh的表达,而盐度对其表达的影响较小。总之,本论文探索了南极红球菌Rhodococcus sp.NJ-530代谢DMSP的分子机制,为了解南极地区细菌DMSP代谢和DMS释放提供了理论依据。