喜温嗜酸硫杆菌Acidithiobacillus caldus基因组不稳定性对其环境适应性的影响

嗜酸硫杆菌Acidithiobacillus在生物冶金、煤炭脱硫、含硫酸性废水处理及自然界硫、碳及金属元素等的生物地球化学循环过程中起着重要作用。氧化还原型无机硫化合物、固定二氧化碳是该属细菌获取生长和代谢所需能量及碳源的重要生命活动方式。对极酸、高金属毒性环境的适应性是它们保持生命活力、发挥作用必不可少的途径。关于它们能量代谢、营养物质吸收及对环境适应性机理的分子水平认识，目前仍停留在对某些基因的分析上。前期研究发现，喜温嗜酸硫杆菌At. caldus SM-1基因组组成复杂，存在大量会引起基因组突变的重复序列和可移动元件，为此本研究拟以该菌为材料，探求其通过基因组的改变适应环境变化的特点，从而揭示At.caldus SM-1基因组不稳定性对菌株能量代谢、营养物质吸收及对环境适应性影响的遗传背景。这有助于加深认识极端环境下的生命特征和生物进化规律，为生物冶金菌种的定向改造提供技术指导。

嗜酸硫杆菌Acidithiobacillus在生物冶金、煤炭脱硫、含硫酸性废水处理及自然界硫、碳及金属元素等的生物地球化学循环过程中起着极其重要的作用。氧化还原型无机硫化合物、固定二氧化碳是该属细菌获取生长和代谢所需能量及碳源的重要生命活动方式。对极酸、高温、高盐环境的适应性是它们保持生命活力、发挥作用必不可少的途径。本研究以At. caldus SM-1为材料，探求了该菌通过基因组及蛋白质组的改变适应环境变化的特点，从而揭示At.caldus SM-1基因组不稳定性对菌株能量代谢、营养物质吸收及对环境适应性影响的遗传背景，为生物冶金菌种的定向改造提供技术指导。.研究中首先利用At. caldus SM-1中原有的9.8-kb质粒pLAtc1构建了一个具有广泛宿主能力的穿梭表达载体pLAtcE，该载体接合频率为1.50±0.80×10-3，该质粒可在大肠杆菌中至少稳定遗传150代。 进而利用构建的遗传操作系统验证了与能量代谢、营养物质吸收及环境适应性相关基因的功能：将菌株缺少的三羧酸循环途径部分基因通过穿梭载体整合到At. caldus SM-1基因组中，提高了菌种在有机碳源存在下的生长。.利用蛋白质组学技术及分子生物学手段探究了菌种适应短期盐激及长期盐胁迫条件下的分子机制。蛋白质组的变化分析发现，该菌可能通过以下几方面的改变来应对高盐的胁迫：1）利用普通胁迫蛋白如Hsp20、GroEL的加强表达来减轻逆境胁迫引起的伤害；2）细胞自身从头合成并积累亲和性溶质（如脯氨酸），从而抵御高渗环境；3) 两个DNA结合蛋白和一个未知功能蛋白Atc_1291在盐胁迫过程中上调表达，可能起着维持DNA稳定性的作用。.考察了温度、盐度及有机碳源等环境因素对At. caldus SM-1生理表型的影响，结果表明降低温度，SM-1生长速度变慢，代时从8.97 h（45 °C）增加到10.9h（37 °C），而有机碳源的驯化，加快了菌株生长，代时缩短到8.44 h。NaCl的长期胁迫，不仅促使菌株菌体变大，同时延长了菌株的生长代时；对不同温度、盐度及添加有机碳源条件下的菌株细胞进行重测序，分析了发生稳定突变的SNP 序列、插入及缺失突变，阐明菌种可能会通过突变代谢相关蛋白的基因、细胞壁或膜的氨基酸组成，改变膜转运蛋白的基因、DNA修复蛋白基因及无机离子通道蛋白基因等措施适应环境。