海洋微紫青霉菌对重金属铬的生物吸附及其体内重金属抗性分子机制的研究

This project is aimed to explore the biosorption and resistance behavior of Cr(Ⅵ) using a new marine-derived fungal Penicillium janthinellum P1, which was of high tolerance to heavy metal, as a microbial biosorbent. First of all, the bioadsorption mechanism of growth cell in different Cr ion concentration, different metabolic growth stages and different cell organelles is to be discussed；Subsequently, the draft sequence of genome of P1, and genes and operons putatively conferring Cr resistance are to be analysised. At the same time, the heavy metal resistance mechanisms are going to study by using 2-DE、RT-PCR and transposon mutagenesis technology in different environmental stress and physiological conditions, respectively, from the proteome and transcriptome level. Ultimately, the results are hope to provide scientific basis and theoretical support for the successful application in the field of heavy metal remediation, based on the exploration of the bioadsorption mechanisms and resistance mechanisms of microbial cells under different physiological conditions.

本项目以高抗重金属的海洋微紫青霉菌Penicillium janthinellum P1作为微生物吸附剂，首先，对生长菌体细胞在不同Cr离子浓度、不同生长时期以及不同细胞器内的吸附机制进行探讨。接着，本研究将全面分析Penicillium janthinellum P1的全基因组序列特征，以及潜在的Cr抗性相关基因及操纵子。同时，结合2-DE、RT-PCR及转座子突变技术分别从蛋白质组和转录组水平对菌体在不同环境压力胁迫及不同生理状况下的重金属抗性机制进行探讨。通过探究微生物细胞在不同生理状态下的吸附机理及抗性机制，以期为成功应用于重金属修复领域提供科学依据和理论支持。

本项目首先采用单因素法对比研究海洋微紫霉 Penicillium janthinellum P1死活细胞的吸附性能，考察了pH、吸附时间、菌体用量、初始铬离子浓度、温度多种因素对吸附性能的影响；进行吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学研究来分析海洋微紫青霉菌Penicillium janthinellum P1死活细胞的吸附过程，探究高温致死非活性细胞吸附能力优于活性细胞的可能原因； 利用傅里叶变换红外（FT-IR），扫描电子显微镜（SEM），X射线衍射（XRD）和X射线光电子能谱（XPS）来解剖细胞在重金属Cr胁迫响应中的解毒机制。接着，利用三代+二代的高通量测序技术，对P1菌株进行全基因组的测序和组装，并利用各种生物信息学软件工具对全基因组进行功能注释及基因预测，从基因组水平上挖掘与重金属Cr 抗性相关的基因。最后，分别从转录组、蛋白质组和代谢组水平上挖掘与Cr抗性相关的关键基因或转录调控因子、蛋白和代谢物。目前，本项目研究结果已在 Frontiers in Microbiology、International Journal of Agriculture and Biology、Pakistan journal of zoology、环境化学等期刊发表论文5篇，并得到国内外同行关注。