Shewanella piezotolerans WP3深海環(huán)境適應(yīng)性研究——厭氧呼吸系統(tǒng)對(duì)不同環(huán)境因子與調(diào)控因子的響應(yīng).pdf

1、本課題以深海細(xì)菌Shewanella piezotoleransWP3作為研究對(duì)象，以WP3的厭氧呼吸系統(tǒng)作為切入點(diǎn)，通過(guò)研究厭氧呼吸系統(tǒng)對(duì)不同深海環(huán)境因子（高靜水壓，氧化還原環(huán)境的變化和鐵濃度等）的響應(yīng)以及全局調(diào)控因子（鐵穩(wěn)態(tài)調(diào)控蛋白和small RNA伴侶蛋白）對(duì)厭氧呼吸系統(tǒng)的影響，揭示W(wǎng)P3的厭氧呼吸系統(tǒng)對(duì)深海環(huán)境適應(yīng)性的重要作用。
　　首先，通過(guò)對(duì)金屬底物厭氧呼吸系統(tǒng)基因簇（mtr-omc cluster）各個(gè)基因突變菌株

2、在大氣壓和高靜水壓條件下不溶性鐵還原能力的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)高靜水壓對(duì)不溶性鐵呼吸系統(tǒng)具有一定的選擇作用。該基因簇中的MtrABC電子傳遞與末端還原酶系統(tǒng)在高靜水壓條件下具有更為顯著的功能，而兩個(gè)在常壓下發(fā)揮作用的OmcA-like蛋白（外膜細(xì)胞色素c蛋白）的功能在高靜水壓條件下受到抑制。同時(shí)通過(guò)比較WP3在以高氧化還原電勢(shì)的氧氣和較低氧化還原電勢(shì)的延胡索酸作為電子受體時(shí)的轉(zhuǎn)錄組差異，發(fā)現(xiàn)WP3能夠通過(guò)調(diào)控不同的厭氧呼吸電子傳遞鏈系統(tǒng)，能量產(chǎn)生

3、系統(tǒng)，與厭氧呼吸輔因子有關(guān)的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)和電子受體趨化系統(tǒng)來(lái)適應(yīng)深海劇烈變化的氧化還原環(huán)境。
　　其次，通過(guò)鐵調(diào)控蛋白Fur的缺失菌株對(duì)不同深海環(huán)境因子的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)Fur蛋白對(duì)WP3缺鐵環(huán)境的適應(yīng)性和厭氧呼吸能力有顯著影響。轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析表明Fur蛋白在深海細(xì)菌WP3中擴(kuò)大了它原有的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，將編碼厭氧呼吸電子傳遞鏈系統(tǒng)，Heme合成系統(tǒng)以及細(xì)胞色素c成熟系統(tǒng)的基因一并納入，通過(guò)直接或者間接調(diào)控的方式來(lái)激活不同的厭氧呼吸過(guò)程。生物信息學(xué)

4、分析與和凝膠阻滯實(shí)驗(yàn)證實(shí)了Fur蛋白能夠直接與omcA，napD等厭氧呼吸電子傳遞鏈系統(tǒng)中相關(guān)基因啟動(dòng)子區(qū)域的Fur box結(jié)合，正向調(diào)控這些基因的表達(dá)；同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了Fur蛋白能夠通過(guò)調(diào)控Crp-like蛋白，ArcA/B雙組分蛋白等重要的厭氧呼吸調(diào)控因子和small RNA_RyhB間接地調(diào)控厭氧呼吸系統(tǒng)。這種把鐵穩(wěn)態(tài)和厭氧呼吸的調(diào)控結(jié)合起來(lái)的方式可能是WP3適應(yīng)深海環(huán)境的一種策略。另外，F(xiàn)ur蛋白能夠?qū)P3的生物礦化過(guò)程能夠產(chǎn)生一

5、定的影響，但這種影響只停留在減慢了磁鐵礦的形成這個(gè)有限的層面上，并沒(méi)有更進(jìn)一步地影響形成礦物的礦質(zhì)學(xué)性質(zhì)。
　　第三，通過(guò)small RNA伴侶蛋白Hfq的缺失菌株對(duì)不同深海環(huán)境因子的響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)Hfq蛋白對(duì)WP3的厭氧呼吸能力有顯著影響。轉(zhuǎn)錄組和蛋白組學(xué)分析表明Hfq蛋白在深海細(xì)菌WP3中對(duì)厭氧呼吸的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)較為復(fù)雜且不同于其他細(xì)菌：Hfq蛋白激活了WP3在厭氧條件下重要的產(chǎn)能過(guò)程（底物水平磷酸化）和中間代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生途徑（乙醛酸

6、循環(huán)途徑），激活了厭氧呼吸調(diào)控因子Crp蛋白、不同厭氧呼吸系統(tǒng)中關(guān)鍵的電子傳遞與末端還原酶以及末端還原酶重要的輔因子鉬的轉(zhuǎn)運(yùn)和生物合成。Hfq蛋白作為一個(gè)多效的調(diào)控因子，還能夠在細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)性、氨基酸代謝、鐵穩(wěn)態(tài)調(diào)控、信號(hào)傳導(dǎo)途徑以及sigma因子表達(dá)等方面影響WP3的深海環(huán)境適應(yīng)性。
　　最后，我們構(gòu)建了一個(gè)以WP3菌株體內(nèi)自然噬菌體SW1為基礎(chǔ)的表達(dá)質(zhì)粒pSW2，該質(zhì)粒能夠在E. coli和不同的Shewanella菌株中自由穿