假单胞菌ND6菌株高效降解萘和萘胁迫应答的分子机理

ND6是课题组分离的高效萘降解菌株，其质粒pND6-1是国际上首个全序列测定和注释的萘降解质粒。与其它萘降解质粒不同，pND6-1完整的萘降解操纵子之外还存在另外三个与萘降解相关的基因：水杨醛脱氢酶基因nahF的同工基因nahV；水杨酸羟化酶基因nahG的同工基因nahU；儿茶酚1,2-双加氧酶基因catA。前期研究显示，除保守的间位裂解途径外，ND6也利用邻位裂解途径降解萘。同工降解基因和双降解途径的存在可能是ND6菌株高效降解萘的分子基础。为阐明这一问题，我们已完成对nahV生物学功能的探讨，本研究将进一步明确同工基因nahU的生物学功能，破译邻位裂解途径下游基因并定位，这是本研究的前两项内容。生物修复时，由于代谢产物的积累或污染物胁迫，使接入的菌株降解力下降甚至死亡。因此，第三项内容是研究ND6在萘胁迫下的生理反应，了解ND6菌株萘降解动态过程。上述结果将用于指导ND6生物修复工作。

Pseudomonas putida ND6是一株高效萘降解菌株，其质粒pND6-1是国际上首个全序列测定和注释的萘降解质粒。前期研究表明，同工降解基因和邻位降解途径的存在可能是ND6菌株高效降解萘的分子基础。为阐明这一问题本研究将明确同工基因nahU的生物学功能，破译邻位裂解途径下游基因并定位，并采用蛋白质组学路线研究ND6在萘胁迫下蛋白表达谱的变化。. 主要结果有五项。其一，nahG和nahU基因编码的酶在萘降解过程中协同作用，同工基因nahU发挥主要作用，他们之间是代偿关系和底物竞争关系； nahU基因表达受水杨酸诱导和NahR蛋白正调控，nahG基因表达则受到NahR蛋白负调控，这是首次发现萘降解下游基因收到NahR蛋白负调控，nahU和nahG基因的启动子区域也已确定。其二，基因组测序发现ND6菌株染色体上散布着儿茶酚邻位开环途径所需的全部基因，ND6菌株的萘降解过程是由质粒和染色体编码的儿茶酚间位和邻位途径共同完成的，两条途径之间是相互代偿的关系；儿茶酚邻位途径发挥主要作用，受到水杨酸诱导和NahR蛋白的正调控，而质粒上的儿茶酚间位途径则不受水杨酸诱导及NahR蛋白的调控。其三，综合本研究一、二部分及上一个国家基金的研究结果，我们推断pND6-1质粒上萘降解上游操纵子受到NahR蛋白的正调控，而下游操纵子则不受NahR蛋白调控。由nahV、nahU和catA组成的额外的萘降解基因簇则在水杨酸诱导下受到NahR蛋白正调控。其四，在国际上首次揭示萘胁迫对细菌蛋白表达谱的影响，加深了对细菌抵抗和适应萘污染机制的理解。其五，完成了ND6菌株的基因组序列测定，丰富了该类型细菌的生物信息学数据库。pND6-2质粒全序列的破译则揭示了萘pND6-1的接合转移是由pND6-2质粒诱动的。综上所述，本研究的主要科学意义在于阐明了同工降解基因和降解途径共存的分子生态意义及协同作用方式，丰富了恶臭假单胞菌的基因组信息，从蛋白质组学水平加深了对细菌抵抗和适应萘污染机制的理解。本项目组按时高质量地完成了项目计划书和调整计划中规定的研究内容，并依据研究需要增加1项。发表SCI收录论文4篇，国内核心期刊论文2篇，国内学术会议论文1篇。培养博士研究生1名，硕士研究生3名。