本文關(guān)鍵詞： 黃河鹽單胞菌 鹽脅迫 相容性溶質(zhì) 適應(yīng)機(jī)制　出處：《中國農(nóng)業(yè)大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：中度嗜鹽菌是一類在3-15%鹽濃度間有最佳生長表現(xiàn)的細(xì)菌,其胞內(nèi)相容性溶質(zhì)的積累在鹽適應(yīng)機(jī)制中發(fā)揮著重要作用。從極端環(huán)境中篩選鑒定嗜鹽微生物,分析其相容性溶質(zhì)積累的規(guī)律,挖掘相關(guān)功能基因,并揭示其鹽脅迫適應(yīng)的分子機(jī)制,對(duì)于利用這些功能基因創(chuàng)制新種質(zhì)、改良鹽堿地及開發(fā)新型生物技術(shù)產(chǎn)品等具有重要的理論與實(shí)際意義。本研究鑒定了一株鹽單胞菌新種,測定了其主要相容性溶質(zhì)的積累變化,并利用全基因組測序技術(shù)和RNA-Seq轉(zhuǎn)錄組測序技術(shù),對(duì)這些相容性溶質(zhì)合成、代謝和轉(zhuǎn)運(yùn)的相關(guān)基因進(jìn)行了鑒定和進(jìn)化分析,并預(yù)測其適應(yīng)鹽脅迫的分子機(jī)制。主要研究結(jié)果如下：1.對(duì)分離自黃河三角洲鹽堿土壤的一株編號(hào)為BJGMM-B45T的菌株進(jìn)行生理生化鑒定、16SrDNA序列系統(tǒng)發(fā)育分析和DNA-DNA雜交同源性測定,確定菌株BJGMM-B45為鹽單胞菌屬的一個(gè)新種,命名為黃河鹽單胞菌(Halomonas huangheensis sp. nov.)。該菌為革蘭氏陰性、需氧、桿狀,其生長氯化鈉濃度范圍為0.5-25%,屬于中度嗜鹽菌。2.分析測定了該菌在7種不同鹽濃度培養(yǎng)基中的生長情況,以及Na+、K+和8種相容性溶質(zhì)的積累情況。結(jié)果表明,黃河鹽單胞菌BJGMM-B45T在2-15% NaCl的LB培養(yǎng)基中生長最好,胞內(nèi)積累的相容性溶質(zhì)主要是谷氨酸、甘氨酸甜菜堿、四氫嘧啶和脯氨酸,但是在不同鹽濃度下,它們的含量差別很大。在所有7個(gè)鹽濃度下,谷氨酸含量都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它三種相容性溶質(zhì)的含量。5-18%NaCl范圍內(nèi),四氫嘧啶是第二大相容性溶質(zhì),其含量隨NaCl濃度的升高而降低。NaCl濃度升至20%時(shí),甘氨酸甜菜堿含量超過了四氫嘧啶。脯氨酸在各個(gè)鹽濃度下只有很少量的積累。3.利用Illumina Hiseq2000結(jié)合第三代測序技術(shù),完成了該菌的全基因組測序及功能注釋。結(jié)果表明,黃河鹽單胞菌基因組大小為4.7 Mb,GC含量達(dá)58.5%,編碼3993個(gè)CDS、12個(gè)rRNA基因和63個(gè)tRNA基因。對(duì)所有基因進(jìn)行了COG功能注釋,通過KEGG比對(duì),分析了四氫嘧啶、甘氨酸甜菜堿和谷氨酸的合成途徑,鑒定了其合成基因和調(diào)控因子29個(gè),其中6個(gè)屬于新預(yù)測的,分別為eutC、betA3、betA4、betI、glnA2和glnA3。進(jìn)化分析結(jié)果表明,該菌中這三種物質(zhì)的合成酶基因與伸長鹽單胞菌中相應(yīng)基因的進(jìn)化距離非常近。通過基因組數(shù)據(jù)預(yù)測的betA3與編碼黃河鹽單胞菌膽堿脫氫酶的betA2基因親緣關(guān)系最近,betA4與編碼紫色色桿菌的betA基因的親緣關(guān)系最近,glnA2和glnA3與黃河鹽單胞菌編碼L-谷氨酰胺合成酶的glnA4基因親緣關(guān)系最近。4.1%、10%和18%NaCl濃度下黃河鹽單胞菌BJGMM-B45T的轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果表明,三種鹽濃度下共有10個(gè)基因高度表達(dá),分別為蛋白解聚分子伴侶clpB基因、分子伴侶dnaK、groEL以及GroEL的合作伴侶groES基因、冷激蛋白cspA基因和肽鏈延長因子tuf,還有4種功能未知的基因rna43、ompW、AR456_RS11745和AR456_RS04905,推測這些基因可能在適應(yīng)鹽濃度大范圍波動(dòng)和應(yīng)對(duì)外界高鹽脅迫的過程中發(fā)揮重要作用。不同鹽濃度條件下的基因差異表達(dá)結(jié)果顯示,以1%NaCl組為對(duì)照組時(shí),10%NaCl組表達(dá)量上調(diào)的基因有82個(gè),表達(dá)量下調(diào)的有109個(gè)；18%NaCl組表達(dá)量上調(diào)的基因有224個(gè),表達(dá)量下調(diào)的有180個(gè)。5.不同鹽濃度下谷氨酸、甘氨酸甜菜堿、四氫嘧啶和脯氨酸合成代謝相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果表明,鹽濃度為10%時(shí),谷氨酸的大量積累主要通過putA的顯著上調(diào)來實(shí)現(xiàn)；鹽濃度升至18%時(shí),gltA顯著上調(diào),催化谷氨酰胺合成谷氨酸,同時(shí)激活谷氨酰胺ABC轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng),細(xì)胞從外界吸收大量谷氨酰胺,用以合成更多谷氨酸來應(yīng)對(duì)高鹽脅迫。四氫嘧啶隨著鹽濃度的升高,ectB、 ectC和lysC上調(diào),其合成既可以從天冬氨酸半醛開始,也可以從L-天冬氨酸開始。甘氨酸甜菜堿的積累首先通過BCCT轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的3種基因不同程度上調(diào)將更多的膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)入細(xì)胞內(nèi),當(dāng)鹽濃度升高時(shí),通過增強(qiáng)BCCT轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)的表達(dá),并啟動(dòng)另一種轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)即膽堿轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白BetT從環(huán)境中吸收膽堿、肉堿和甜菜堿,同時(shí)通過betAl、betBl和betI的顯著上調(diào)來合成更多的甘氨酸甜菜堿來協(xié)同應(yīng)對(duì)高鹽脅迫。脯氨酸的少量積累主要是通過脯氨酸：鈉協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)載體SSS2的顯著上調(diào)來實(shí)現(xiàn)的。綜上所述,本論文在鑒定中度嗜鹽菌新種的基礎(chǔ)上,從生理學(xué)、基因組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)的角度深入系統(tǒng)地分析了黃河鹽單胞菌在鹽脅迫下的適應(yīng)機(jī)制,為深入挖掘該菌適應(yīng)鹽脅迫的功能基因及相容性溶質(zhì)未來的開發(fā)應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：Q935
，

本文編號(hào)：1471769