【摘要】：碳降解物阻遏現(xiàn)象在眾多微生物中廣泛存在,指的是當(dāng)微生物生長(zhǎng)在含有葡萄糖或其它能被微生物快速利用的糖為碳源的環(huán)境中,具有降解或代謝其它碳源的功能蛋白質(zhì)合成就會(huì)受到抑制,即碳源的一些降解代謝物可以抑制碳分解代謝相關(guān)蛋白的合成。為找出受碳降解物阻遏調(diào)控的基因和所有引起碳降解物阻遏的降解物小分子,本研究以Escherichia coli K~(-1)2野生型菌株NCM3722作為研究對(duì)象,使用恒化器在氮源缺乏和碳源缺乏條件下培養(yǎng)大腸桿菌,通過(guò)控制泵速使菌體在不同的生長(zhǎng)速率(0.2 h~(-1)、0.4 h~(-1)、0.6 h~(-1)和0.9 h~(-1))下穩(wěn)定生長(zhǎng),研究這四個(gè)階段菌體的轉(zhuǎn)錄組和代謝組變化。我們利用RNA-Seq技術(shù)研究以上兩種條件下,四個(gè)不同生長(zhǎng)速率下的轉(zhuǎn)錄組變化情況。轉(zhuǎn)錄組測(cè)序分析了全基因組4522個(gè)基因,發(fā)現(xiàn)在氮源缺乏條件下31.9%的基因表達(dá)與生長(zhǎng)速率相關(guān),而在碳源缺乏條件下40.3%的基因表達(dá)與生長(zhǎng)速率相關(guān)。在這兩種條件下有1008個(gè)共同變化的基因,這些基因中30.2%的基因隨生長(zhǎng)速率上升而下調(diào),64.8%的基因隨生長(zhǎng)速率上升而上調(diào),5.0%的基因隨生長(zhǎng)速率的變化趨勢(shì)相反。對(duì)這些與生長(zhǎng)速率相關(guān)的基因進(jìn)行聚類(lèi)富集分析,結(jié)果顯示這些基因主要與碳源代謝、氨基酸代謝、能量代謝、核苷酸代謝、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等通路有關(guān)。對(duì)在氮源缺乏條件下和碳源缺乏條件下隨生長(zhǎng)速率上升變化趨勢(shì)相反的51個(gè)基因進(jìn)一步分析,找到23個(gè)未經(jīng)報(bào)道的可能主要受碳降解物阻遏調(diào)控的基因。為驗(yàn)證轉(zhuǎn)錄組測(cè)序數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,以recA為內(nèi)參基因,通過(guò)real-time PCR實(shí)驗(yàn)檢測(cè)了gltB、aceB和astC基因分別在碳源和氮源缺乏條件下最低生長(zhǎng)速率0.2 h~(-1)和最高生長(zhǎng)速率0.9 h~(-1)下的差異倍數(shù),結(jié)果與轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)十分吻合,說(shuō)明轉(zhuǎn)錄組測(cè)序結(jié)果可靠。利用GC-MS非靶向代謝組學(xué)研究在碳源缺乏和氮源缺乏條件下菌體和菌液代謝物種類(lèi)及其變化水平,結(jié)果檢測(cè)到的物質(zhì)峰個(gè)數(shù)各有715和951個(gè),最終定性的代謝物在菌體中各有218和282個(gè),菌液中各有191和249個(gè)。通過(guò)比較氮源缺乏和碳源缺乏條件下代謝分子隨生長(zhǎng)速率的變化趨勢(shì),找到10個(gè)差異代謝產(chǎn)物,并從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證了α-酮戊二酸是引起碳降解物阻遏的降解物小分子之一。而且,通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)錄組和代謝組檢測(cè)到的TCA循環(huán)中的基因和代謝物變化情況進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄組和代謝組結(jié)果互相印證。本研究為最終構(gòu)建完整的碳降解物阻遏調(diào)控網(wǎng)絡(luò)打下基礎(chǔ),并為碳降解物阻遏研究提供新的方法和途徑。
【學(xué)位授予單位】：深圳大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：Q93;Q78

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本文編號(hào)：2534700