瘤胃植酸酶基因多样性分析及新基因的克隆与表达

肌醇六磷酸(IP6,植酸), 是植物中磷的主要存在形式，也是自然界中最主要的有机磷, 约占到总磷的25%。植酸酶水解植酸是自然界磷循环的一个重要分支。瘤胃是除了土壤、水体之外植酸降解的主要环境之一, 且因其含有高丰度的微生物种类和数量而成为植酸酶最重要的基因源。本研究通过植酸酶的简并引物，构建植酸酶基因片段文库，对不同瘤胃环境植酸酶基因多样性、丰度和进化关系进行分析。进一步以获得的大量植酸酶基因片段为基础，在分析和评估新颖性的基础上，利用我们前期建立的从环境DNA中直接克隆功能基因的方法，克隆新的植酸酶全长基因，并进行表达和性质研究，获得具有应用潜力的植酸酶。本研究的目的就是拟回答植酸酶作为磷循环中关键的生态酶，在瘤胃这一天然环境中的原本功能、作用及重要性这一科学问题, 提出植酸酶研究的一个新方向，同时也为瘤胃中植酸酶的资源挖掘奠定基础

植酸酶作为生态酶在磷循环中发挥重要作用，瘤胃是植酸酶参与磷循环的特殊而又典型的系统，研究其植酸酶多样性及特征等，加深对植酸酶在瘤胃环境中的功能、作用机制及重要性这一科学问题的理解。本项目的主要内容包括：1）确定瘤胃环境中植酸酶基因的种类、多样性、丰度；探讨瘤胃环境中植酸的降解，以及其在磷循环中发挥的重要作用；2）从瘤胃环境总直接克隆10个以上完整的植酸酶基因，并获得一些在不同领域具有应用潜力的植酸酶基因。本研究主要通过 mTAIL-PCR 等手段，分析瘤胃中植酸酶基因多样性，并克隆了多个高丰度基因，对它们进行表达和性质研究，已取得了较好的研究进展和学术成绩：1）与土壤、水体环境中主要为BPP植酸酶不同，在瘤胃环境中是一类新的CP植酸酶；2）不同瘤胃植酸酶有不同的高丰度基因，但多样性和进化关系趋同；3)克隆得到12个完整的基因，并证明了主要植酸酶的最适pH与瘤胃环境一致为6-6.5，纠正了之前普遍认为CP植酸酶的最适pH为4-4.5。其主要研究结果已在Environ Microbiol杂志上发表(Environ Microbiol. 2011, 13: 747-757. (IF = 5.5) )，已经较好的完成了任务指标。目前本课题已经获得国家自然基金委的连续资助，并进一步是从瘤胃植酸酶的转录组水平进行研究，探索植酸酶实时动态表达的变化规律和主效基因的时空表达模式。综合分析瘤胃基因组和转录组水平的研究结果，系统了解植酸酶在瘤胃中作用规律和机制。