Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 23270熱激反應(yīng)基因表達(dá)差異研究.pdf

1、嗜酸氧化亞鐵硫桿菌(Acidithiobacillus ferrooxidans，A.ferrooxidans)作為微生物冶金的主要菌種，最初應(yīng)用于低品位銅礦、鈾礦的微生物浸出生產(chǎn)，隨后拓展至金、鋅、鈷等多種金屬。A.ferrooxidans的微生物浸出活性容易受到各種環(huán)境因素的影響，如溫度、重金屬離子濃度和pH等。該菌最適生長(zhǎng)溫度為26～30℃，但夏季礦物生物浸堆內(nèi)部溫度普遍高于35℃，同時(shí)硫化礦物的微生物浸出是放熱反應(yīng)，靠人工降溫來(lái)

2、滿足細(xì)菌的生長(zhǎng)溫度要求十分困難。高溫加之其他環(huán)境壓力因素影響細(xì)菌菌體活性，導(dǎo)致金屬的微生物浸出效率不高。因此，開(kāi)展A.ferrooxidans的耐熱性研究對(duì)我國(guó)的微生物冶金工業(yè)具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 本研究通過(guò)對(duì)微生物冶金模式菌A.ferrrooxidans ATCC 23270熱激前后基因表達(dá)譜芯片分析來(lái)揭示A.ferrooxidans ATCC 23270熱激反應(yīng)的基因轉(zhuǎn)錄水平變化，并采用實(shí)時(shí)定量PCR(Real-tim

3、e PCR)方法驗(yàn)證芯片實(shí)驗(yàn)結(jié)果和計(jì)算機(jī)生物信息學(xué)分析，為闡明A.ferrooxidans ATCC23270熱激反應(yīng)的保護(hù)機(jī)制，最終通過(guò)基因工程手段提高A.ferrooxidans耐熱性和高溫條件下微生物浸出活性奠定理論與實(shí)踐基礎(chǔ)。 本研究以對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期A.ferrooxidans ATCC 23270作42℃熱激25min為處理組，同期未經(jīng)處理，30℃正常培養(yǎng)的A.ferrooxidans ATCC 23270為對(duì)照組。全基因

4、組DNA表達(dá)譜芯片雜交結(jié)果顯示，占A.ferrooxidans ATCC 23270基因組總預(yù)測(cè)基因數(shù)(n=3217)約14.70％(n=473)的基因發(fā)生明顯的表達(dá)差異(P<0.05)。其中248個(gè)基因表現(xiàn)為熱激后上調(diào)(≥2.0)，225個(gè)基因表現(xiàn)為熱激下調(diào)表達(dá)(≤0.5)。差異表達(dá)的基因涉及蛋白質(zhì)命運(yùn)、環(huán)境響應(yīng)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、物質(zhì)運(yùn)輸、蛋白質(zhì)代謝、脂肪代謝、糖代謝，假定蛋白編碼等多個(gè)功能分類與代謝途徑。特別是其中有大量介導(dǎo)蛋白質(zhì)正確組裝

5、、修復(fù)和降解的熱激蛋白和分子伴侶基因上調(diào)表達(dá)，且上調(diào)表達(dá)的程度明顯高于其它功能基因的上調(diào)倍數(shù)。同時(shí)，細(xì)胞膜蛋白編碼基因的差異表達(dá)表明細(xì)胞可能通過(guò)改變細(xì)胞膜組分或結(jié)構(gòu)應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度的上升。此外，生物合成部分相關(guān)基因表達(dá)受抑制，核糖體蛋白，鞭毛蛋白等編碼基因下調(diào)表達(dá)應(yīng)答環(huán)境溫度升高。 選取表達(dá)譜芯片檢測(cè)結(jié)果中14個(gè)熱激上調(diào)表達(dá)基因，包括σ032因子，部分熱激蛋白和分子伴侶編碼基因，利用Real-time PCR方法對(duì)芯片雜交結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)

6、證，其中13個(gè)基因與芯片結(jié)果基本相符，表現(xiàn)出相同的上調(diào)表達(dá)趨勢(shì)。通過(guò)時(shí)間梯度Real-time PCR分析，熱激相關(guān)基因先隨時(shí)間(≤40 min)增加呈上調(diào)表達(dá)，應(yīng)答環(huán)境溫度上升變化，隨后熱激蛋白和分子伴侶基因表達(dá)量回落，基本恢復(fù)原轉(zhuǎn)錄水平以適應(yīng)新的穩(wěn)態(tài)溫度。最后，基于基因的表達(dá)上調(diào)和計(jì)算機(jī)的生物信息學(xué)分析，預(yù)測(cè)得到熱激誘導(dǎo)上調(diào)表達(dá)基因上游轉(zhuǎn)錄調(diào)控位點(diǎn)-35區(qū)T-T-T-T-T-T-n-n和-10區(qū)n-T-A-T-n-A-T-C序列，這