吉林克雷伯氏菌高效降解氯嘧磺隆作用机制的研究

基本信息
批准号:31672051
项目类别:面上项目
资助金额:65.00
负责人:张浩
学科分类:
依托单位:吉林农业大学
批准年份:2016
结题年份:2020
起止时间:2017-01-01 - 2020-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:逯忠斌,张佳环,王东平,梁爽,张中北,郝庆凯,霍云雷,马周杰
关键词:
生物降解作用机制吉林克雷伯氏菌氯嘧磺隆
结项摘要

Chlorimuron-ethyl (CHL) is an more effective, long residual Sulfonylurea herbicide applied in many kinds of crop plants all over the world now. It is well-known that microbes play an important role in the degradation of pesticides and herbicides. Numerous microbial groups that can degrade or inactivate these chemicals have been identified and the use of these detoxifying microbes has proven to be one of the important means of controlling environmental pollution. To reduce its toxic side effect on sensitive rotational crops and ensure food security, our team, for the first time, isolated an CHL-degrading bacterium strain named as Klebsiella jilinsis H. Zhang that with high efficient activity. For successful field applications, it is important to confirm its high CHL-degradation activity and investigate the molecular mechanism of degradation and soil remediation. The objectives and content of this study include the following:.1. Clone the functional and regulatory genes essential for CHL-degradation in K.jilinsis strain 2N3 with establishing DNA library, mutant library and genomic sequencing approaches. And study the functions of cloned genes by genetics methods and molecular operation such as gene knockout and complementation..2. Analyse temporal and spatial expression of the main functional genes to Chlorimuron ethyl and degradation level..3. Investigate the regulatory mechanisms of the CHL-degradation enzymes, further exploid a gene regulatory network with RNA sequencing or transcriptome Sequencing..4. Elucidate the metabolic mechanism of K. jilinsis mediated CHL-degradation using isotope labeling and HPLC-MS technology..5. Aim to edit and obtain high efficiency degradation engineering strains by using CRISPR technology. And It is much general scientific meaning in order to understand biodegradation and bioremediation of sulfonylurea herbicide.

氯嘧磺隆是一种高效长残留磺酰脲类除草剂,其对后茬敏感作物二次药害与残留污染严重。本课题组首次分离鉴定了一株氯嘧磺隆高效降解菌株-吉林克雷伯氏菌(Klebsiella jilinsis 2N3),并明确该菌株高效降解的生物学特性,亟待进一步深入研究其高效降解机制,为磺酰脲类除草剂生物修复提供科学依据。本项目拟研究:(1)筛选并克隆吉林克雷伯氏菌高效降解相关主要功能基因与调控基因,并验证相关基因的降解功能:(2)分析主要功能基因的表达动态与对氯嘧磺隆降解水平;(3)RNA-Seq转录组差异表达分析,明确其对氯嘧磺隆的降解表达谱与调控网络,揭示其高效降解作用机制;(4)利用HPLC-MS方法,解析该菌降解氯嘧磺隆的代谢途径;(5)CRISPR技术编辑获得高效降解工程菌株。对磺酰脲类除草剂高效降解与生物修复具有普遍科学意义。

项目摘要

氯嘧磺隆的残留药害严重。课题组首次鉴定氯嘧磺隆高效降解菌—吉林克雷伯氏菌(Klebsiella jilinsis)2N3菌株。进行了2N3菌株全基因组测序和高效降解的差异表达分析,挖掘了高效降解功能基因,揭示了2N3高效降解氯嘧磺隆的分子机制,并利用HPLC-MS明确了氯嘧磺隆生物降解途径。.首次分析2N3全基因组及其高效差异表达谱。其基因组大小为5.32 Mb,共5156个编码基因。验证突变体ΔORF0934和ΔORF 0492在36小时内对氯嘧磺隆的降解率显著下降。研究发现,2N3羧酸酯酶基因Kj-mhpC、细胞色素P450基因Kj-cysJ、谷胱甘肽-S-转移酶基因Kj-gst和水解酶基因等为高效降解的主要功能基因。转录分析表明,2N3降解氯嘧磺隆中共有839个差异表达基因;上调表达基因显著富集在“硫代谢”、“甲烷代谢”、“药物代谢-细胞色素P450”、“细胞色素P450对异生物质代谢”等代谢通路。.利用λ-Red同源重组系统,共获得了11个敲除突变体。突变体ΔKjcysJ,ΔKjmhpC1以及ΔKjgst分别显示出对氯嘧磺隆降解能力的缺失,其中ΔKjcysJ丧失了对氯嘧磺隆的降解能力。并优化降解酶的降解最适条件,明确体外对氯嘧磺隆的降解活性。证实其为2N3降解氯嘧磺隆的关键酶基因。同时发现,Kj-GST折叠结构域包含一个C端α螺旋折叠结构域和一个N端硫氧还原蛋白折叠结构域,其活性位点位于两个结构域之间,通过点突变实验发现由在降解氯嘧磺隆时的主要功能区域为GSH-H位点;HPLC-MS结果表明,氯嘧磺隆最终被2N3分解代谢成2-氨基-6-甲氧基嘧啶和邻磺酸苯甲酸亚胺。.本研究揭示了吉林克雷伯氏菌高效降解氯嘧磺隆机制,完成了研究内容与指标。研究结果在《Science of the Total Environment》等刊物上发表论文4篇。培养硕士研究生4人、博士研究生2人。

项目成果
{{index+1}}

{{i.achievement_title}}

{{i.achievement_title}}

DOI:{{i.doi}}
发表时间:{{i.publish_year}}

暂无此项成果

数据更新时间:2023-05-31

其他相关文献

1

EBPR工艺运行效果的主要影响因素及研究现状

EBPR工艺运行效果的主要影响因素及研究现状

DOI:10.16796/j.cnki.1000-3770.2022.03.003
发表时间:2022
2

猪链球菌生物被膜形成的耐药机制

猪链球菌生物被膜形成的耐药机制

DOI:10.13343/j.cnki.wsxb.20200479
发表时间:2021
3

现代优化理论与应用

现代优化理论与应用

DOI:10.1360/SSM-2020-0035
发表时间:2020
4

强震过程滑带超间隙水压力效应研究:大光包滑坡启动机制

强震过程滑带超间隙水压力效应研究:大光包滑坡启动机制

DOI:
发表时间:2020
5

泾河南塬黄土的渗透特征及孕灾机制

泾河南塬黄土的渗透特征及孕灾机制

DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2019.03.013
发表时间:2019

张浩的其他基金

批准号:51608490
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51577141
批准年份:2015
资助金额:58.00
项目类别:面上项目
批准号:61702211
批准年份:2017
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41606132
批准年份:2016
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51706204
批准年份:2017
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71871160
批准年份:2018
资助金额:48.00
项目类别:面上项目
批准号:51805530
批准年份:2018
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51907158
批准年份:2019
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31801477
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41804129
批准年份:2018
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51605029
批准年份:2016
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21703288
批准年份:2017
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81470961
批准年份:2014
资助金额:73.00
项目类别:面上项目
批准号:30700157
批准年份:2007
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81870498
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:61803367
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81270225
批准年份:2012
资助金额:75.00
项目类别:面上项目
批准号:30572114
批准年份:2005
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:71563039
批准年份:2015
资助金额:29.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:50902149
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:39800165
批准年份:1998
资助金额:10.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71603061
批准年份:2016
资助金额:17.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31902180
批准年份:2019
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21861028
批准年份:2018
资助金额:40.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:51806203
批准年份:2018
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30973070
批准年份:2009
资助金额:33.00
项目类别:面上项目
批准号:51104025
批准年份:2011
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71103102
批准年份:2011
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:81401589
批准年份:2014
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61100013
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61505095
批准年份:2015
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51906245
批准年份:2019
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:71901165
批准年份:2019
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21806131
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30800387
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30901473
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31870712
批准年份:2018
资助金额:25.00
项目类别:面上项目
批准号:91331118
批准年份:2013
资助金额:100.00
项目类别:重大研究计划
批准号:81872889
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:91938204
批准年份:2019
资助金额:200.00
项目类别:重大研究计划
批准号:39170913
批准年份:1991
资助金额:3.50
项目类别:面上项目
批准号:81271707
批准年份:2012
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:21875284
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:81302802
批准年份:2013
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21404090
批准年份:2014
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11804017
批准年份:2018
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51149001
批准年份:2011
资助金额:10.00
项目类别:专项基金项目
批准号:30472153
批准年份:2004
资助金额:22.00
项目类别:面上项目
批准号:31702061
批准年份:2017
资助金额:21.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:41171432
批准年份:2011
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:60902005
批准年份:2009
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21364005
批准年份:2013
资助金额:55.00
项目类别:地区科学基金项目
批准号:71874067
批准年份:2018
资助金额:44.70
项目类别:面上项目
批准号:30670439
批准年份:2006
资助金额:28.00
项目类别:面上项目
批准号:81671783
批准年份:2016
资助金额:56.00
项目类别:面上项目
批准号:51606040
批准年份:2016
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30800126
批准年份:2008
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51874052
批准年份:2018
资助金额:60.00
项目类别:面上项目
批准号:51205211
批准年份:2012
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61875105
批准年份:2018
资助金额:62.00
项目类别:面上项目
批准号:30500191
批准年份:2005
资助金额:25.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:30500498
批准年份:2005
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:11374063
批准年份:2013
资助金额:71.00
项目类别:面上项目
批准号:30871770
批准年份:2008
资助金额:30.00
项目类别:面上项目
批准号:81070099
批准年份:2010
资助金额:33.00
项目类别:面上项目
批准号:51705127
批准年份:2017
资助金额:24.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:21004032
批准年份:2010
资助金额:20.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51374044
批准年份:2013
资助金额:80.00
项目类别:面上项目
批准号:31272401
批准年份:2012
资助金额:83.00
项目类别:面上项目
批准号:41771397
批准年份:2017
资助金额:63.00
项目类别:面上项目
批准号:81870618
批准年份:2018
资助金额:57.00
项目类别:面上项目
批准号:39270843
批准年份:1992
资助金额:4.00
项目类别:面上项目
批准号:41001206
批准年份:2010
资助金额:19.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:31100020
批准年份:2011
资助金额:23.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:61906072
批准年份:2019
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目
批准号:51107139
批准年份:2011
资助金额:27.00
项目类别:青年科学基金项目

相似国自然基金

1

土壤中氯嘧磺隆抑制大豆根瘤菌结瘤和固氮能力的分子机制

批准号:41101221
批准年份:2011
负责人:徐明恺
学科分类:D0709
资助金额:26.00
项目类别:青年科学基金项目
2

长残效除草剂氯嘧磺隆污染土壤的生物修复

批准号:41471263
批准年份:2014
负责人:李春艳
学科分类:D0701
资助金额:90.00
项目类别:面上项目
3

单嘧磺隆环境行为的研究

批准号:20107003
批准年份:2001
负责人:范志金
学科分类:B0602
资助金额:18.00
项目类别:青年科学基金项目
4

磺酰脲类除草剂氯吡嘧磺隆对大豆的毒性效应及其机理研究

批准号:31660526
批准年份:2016
负责人:谭辉华
学科分类:C1405
资助金额:40.00
项目类别:地区科学基金项目