蔬菜叶际微生物对酞酸酯污染的响应及机制解析

Phyllosphere microbiology was endowed with important ecological functions, especially in the detection and degradation of pollutants. The understanding of micro-ecological effects of phthalate acid esters (PAEs) on contaminated rape phyllosphere was important to preventing and curing vegetable contamination of PAEs. However, we know nothing about it. The problem waited to be solved at present is to explore how do phyllosphere microbe response to vegetable contamination of PAEs and what is mechnism. In this project, using rape as vegetable template, several molecular ecology and molecular technologies, eg. pyrosequencing, CARD-FISH, DGGE, genomic library construction, 2D-PAGE and mass spectrometry, were employed for solving the following issues from two aspects of microbial ecology and molecular biology: (1) Dynamic succession of bacterial community structure in rape phyllosphere for collective response to PAEs; (2) The metabolic mechanisms and molecular mechanisms of phyllosphere functional bacteria responsing to PAEs; (3) The bioactivities and synergistic effects of functional bacterial consortium during the response to pollution of PAEs. Based on above results, we clarify the interactions and response mechanism between PAEs and microbial community in phyllosphere ecology,which will provide a new strategy for complete microbial degradation in phyllosphere, and provide important information to responsible planting and scientific management of vegetable.

叶际这一特殊生境中微生物的存在具有重要的生态学意义，特别是它对环境污染物也具有重要的监测和降解功能。了解油菜叶际酞酸酯污染的微生态效应对蔬菜酞酸酯污染的防治具有重要的意义。目前，关于叶际微生物如何响应蔬菜叶际的酞酸酯污染以及其具体机制是什么至今仍是一片空白。基于此，本项目从酞酸酯的叶际生态效应出发，借助焦磷酸测序、CARD-FISH、DGGE、基因组文库构建、2D-PAGE、质谱分析等技术，从微生物生态学层面和分子生物学层面，以油菜作为蔬菜的研究模板，回答下面几个问题：（1）油菜叶际细菌群落结构的动态演变对酞酸酯的群体响应；（2）功能细菌对酞酸酯降解的代谢机制及分子机制；（3）功能细菌菌群对酞酸酯污染响应过程中的活性及相互协同作用。据此揭示酞酸酯和叶际生态系统中细菌群落的互作效应及响应机制，为酞酸酯的叶际生物完全降解提供新的策略，最终为蔬菜的合理种植，科学管理提供重要的基础资料和信息依据。

了解油菜叶际酞酸酯污染的微生态效应对蔬菜酞酸酯污染的防治具有重要的意义。目前，关于叶际微生物如何响应蔬菜叶际的酞酸酯污染以及稀土协同酞酸酯降解菌的具体机制是什么至今仍是一片空白。本项目借助高通量测序、LC-MS和iTRAQ等技术，从微生物生态学层面、代谢组和蛋白质组层面，阐明下面几个问题：.（1）油菜叶际细菌通过改变群落结构和组成来响应酞酸酯的污染胁迫；特别是变形菌门和厚壁菌门细菌多样性有下降趋势，而放线菌门的细菌则有所增加，副球菌属 和红球菌属细菌数量则在胁迫下有显著上升趋势。.（2）适宜剂量（10-7 mg/mL）的LaCl3 和CeCl3稀土对DBP降解菌D1都可以促进D1的生长，且存在一定的复合效应。这一结果得到代谢学组OPLS-DA结果的佐证，处理组（添加稀土 ）与对照组（未添加稀土）差异明显，特别是LaCl3 胁迫，以及LaCl3 和CeCl3复合胁迫降解菌D1，确实可以导致其代谢的应答响应。.（3）LaCl3 和CeCl3 都对降解菌D1的代谢调节具有不同程度的正面调节效应，但是LaCl3 的效果更好； 混合添加LaCl3 和CeCl3对降解菌D1代谢的正向和负向调节均产生巨大影响，但是其正面调节效果要弱于LaCl3。添加LaCl3 使降解菌D1体内的548个代谢产物表达上调，195个代谢产物表达下调；添加LaCl3 和CeCl3可使降解菌D1体内的510个代谢产物表达上调，416个代谢产物表达下调。.（4）蛋白质组学结果表明，与对照相比，在添加LaCl3的组合中高表达的是与趋化相关蛋白、钼蝶呤钼转移酶、TonB依赖性受体等；而在添加LaCl3和CeCl3的组合中高表达的是半胱氨酸脱硫基酶、通用应激蛋白、AraC 家族转录因子等，特别是在LaCl3的组合中高表达蛋白在该组合中活性基本都有所降低。由此可见，稀土La和Ce对降解菌的D1的复合效应主要还是以稀土La的促进作用为主。这也说明La系稀土元素可能在生物的代谢调节中发挥着较为重要的作用。. 本研究不仅揭示了酞酸酯和叶际生态系统中细菌群落的互作效应及响应机制，而且为蔬菜中酞酸酯的完全降解提供新的策略，最终为蔬菜的合理种植，科学管理提供重要的基础资料和信息依据。