深海细菌Cycloclasticus sp.P1对芘降解机制的研究

多环芳烃（PAHs）是海洋环境中重要的污染物，微生物降解是PAHs去除途径之一。国外对近海沉积物的研究发现，解环菌（Cycloclasticus）是海洋环境中重要的PAHs降解菌。我们前期的研究发现，深海环境中也存在多种PAHs降解菌，并分离得到了一些新的降解菌株，它们具有新的降解功能。分离自西太平洋深海沉积物中的解环菌P1（Cycloclasticus sp.P1）即是其中之一。与已报道的同属其他4株菌解环菌不同，该菌是该属中唯一能够以芘为碳源生长的菌株,而且降解效率较高。初步分析发现，它可能有多条芳烃降解途径，其中一条途径已经确定，它只负责萘降解，不负责芘降解。本研究拟通过基因组和蛋白组学的分析，寻找P1菌负责芘降解的重要功能基因，分析芘代谢的上下游途径，以期从该菌中发现新的PAHs矿化机制。在此基础上，还将研究同类芘降解基因在其他海洋微生物的分布与多样性情况。

Cycloclasticus sp. P1是本实验室从西太平洋深海沉积物中富集分离得到的一株能利用芘为唯一碳源降解菌，也是第一株从深海环境中获得的解环菌。它能降解萘、2-甲基萘、2,6-二甲基萘、苊、菲、蒽、芴、氧芴、硫芴、芘、联苯等多环芳烃；对PAHs降解范围广泛，并且可以以芘为唯一碳源生长，使得该菌区别于该属的其他菌。本研究通过Roche 454 测序技术对全基因组进行测序，并通过PCR扩增和ABI 3730测序技术对其进行 genome finishing，最终获得了该菌完整的基因组序列。Cycloclasticus sp. P1基因组由一个环状染色体构成，gap closing后共得到全长2,363,215 bp的核酸序列，GC含量42%。经软件glimmer和zcurve预测，该基因组共编码2,249个开放阅读框（ORF）。所有编码序列占基因组全长的91.2%，编码序列平均长度为958bp。此外，该还有1个rRNA操纵元，35个tRNA编码基因对应全部20种氨基酸。.通过转录组实验，将转录表达显著差异的基因进行COG分类，发现差异表达的基因主要集中在多环芳烃降解路径，细胞运动性，双组分信号转导系统，膜转运系统，核糖体蛋白等相关基因。这些差异表达基因直接或间接地参与多环芳烃的降解，通过对差异表达系统的分析阐述P1菌的PAHs降解机制。同时，本研究还深入研究了PAHs降解机制。从P1菌中发现了对多环芳烃感应、信号转导、趋化、摄取、调控、降解等重要过程所涉及的功能基因，并通过生物化学和分子生物学的技术手段验证了这些功能基因。.此外, 本课题还从北冰洋深海表层沉积物样品PAHs富集菌群中新获分离了三株Cycloclasticus的菌株纯培养，并验证了其高效的PAHs降解能力。值得注意的是，在维度最高的样点原位环境中有大量的Cycloclasticus的菌株存在。.总之,本研究通过运用基因组、转录组和相关生化与分子生物的方法，基本完成了Cycloclasticus sp. P1菌对多环芳烃感应、信号转导、趋化、摄取、调控、降解降解等重要过程的研究。