基于基因组测序的苯基脲类除草剂细菌降解的分子机理研究

苯基脲类除草剂残留的毒害问题已日益受到世界各国的重视，在基因水平上阐明该类除草剂细菌矿化的途径对微生物修复具有重要的指导意义。本项目拟以降解性状比较优良的菌株Sphingobium sp.YBL1为研究对象，借助华大基因先进的DNA高通量测序平台获得YBL1基因组序列（Sphingobium 属菌株还未见基因组序列的公布），运用生物信息学预测结合实验验证（基因外源表达、基因突变、 转座子随机插入突变及蛋白纯化等）的研究策略，将首次在基因水平上完整地阐明苯基脲类除草剂的细菌矿化典型途径，为对该菌株进行稳定性遗传改造及环境修复提供参考，具有较好的科学价值和应用价值。

取代脲类除草剂应用广泛、残留危害大。多项研究表明，在自然环境中来自sphingomonads的菌株是矿化该类除草剂的主要力量，但其分子机理并不清楚。在前期的工作中我们获得了多株能够以异丙隆为唯一碳氮源生长的sphingomonads，本项目拟以菌株Sphingobium sp. YBL2为材料，借助下一代测序技术获得该菌的基因组草图，并以此为基础揭示菌株代谢异丙隆的分子机理。通过三年的研究，我们已基本完成设定的研究任务，获得以下研究成果。第一、我们利用二代测序技术获得菌株YBL2的基因组草图。第二、解析了菌株YBL2代谢异丙隆的途径。第三、鉴定了负责起始步骤（也是限速步骤）的降解酶基因，该基因编码一个全新的Rieskenon-heme iron型N脱甲基酶。第四、获得了负责下游途径中苯胺类化合物降解的基因簇，该基因簇在相似性、基因排布、调控方式以及底物谱上都与现有的有较大差别，是一个全新的苯胺氧化酶基因簇。最后，综合本项目以及国际上的研究结果，我们构建了一株能够完全降解所有常见的取代脲类除草剂的工程菌。本研究为取代脲类除草剂残留污染的微生物修复打下了基础，并为转基因作物的构建提供了基因资源。