宿松伯克霍尔德氏菌风化黑云母相关基因的鉴定与功能研究

Silicate mineral bio-weathering is one of the most important phenomenon occurred at earth’s surface, and plays a fundamental role in soil formation, geochemical cycling of geological elements, mineral bioleaching, and so on. In this study, the new efficient mineral-weathering Burkholderia susongensis strain L226 and biotite are used as the tested bacterium and mineral. The mineral weathering-related genes and their functions are further studied by a series of molecular genetics methods, including transposon insertion mutation, analysis of whole genome sequences of bacteria, T/A clone, real time fluorescent PCR, gene knock out, reverse mutation and over-expression. The excepted results will provide theoretical basis for further understanding of the molecular mechanisms involved in mineral bio-weathering. Meanwhile, it will provide bacterial resources and technical approaches for the utilization of the efficient mineral-weathering bacterium in the agricultural production and bio-hydrometallurgy.

硅酸盐矿物的生物风化是地表发生的最重要的地球化学现象之一，对土壤的形成、地质元素的地球化学循环、矿物的生物淋滤等具有重要意义。本课题以1株具有显著风化硅酸盐矿物功能的细菌新种——宿松伯克霍尔德氏菌（Burkholderia susongensis）菌株L226为供试菌株，以黑云母为供试矿物，采用转座子插入突变、细菌全基因组序列分析、T/A克隆、RT-qPCR、基因敲除与过表达、回复突变等方法，研究菌株L226中与风化黑云母相关的（新）基因（簇），并对其生物学功能进行解析。预期研究结果将为进一步阐明硅酸盐矿物生物风化的分子机制提供理论依据，并为高效矿物风化细菌在农业生产与生物冶金中的应用提供高效菌种资源与技术途径。

硅酸盐矿物的生物风化是地表发生的最重要的地球化学现象之一，对土壤的形成、地质元素的地球化学循环、矿物的生物淋滤等具有重要意义。本项目首先以两株风化硅酸盐矿物功能具有显著差异的伯克霍尔德氏菌为研究对象，比较了这两株在不同环境条件下风化黑云母的特性与效能；从生理水平上揭示高效矿物风化伯克霍尔德氏菌风化黑云母的主要生理机制为产酸与合成生物膜。对高效矿物风化细菌S41全基因组序列进行测序分析，并对其功能进行注释；结合之前生理学机制，选取与乙酸合成及生物膜合成这两个切入点，通过采用基因敲除、回复突变、qRT-PCR及转录组学分析技术，研究了乙酸合成途径中的poxB、pta、ackA基因，与鞭毛合成相关的fliF、flgE基因，以及群体感应系统中的traR/traI基因在菌株风化黑云母过程中的作用及其对上下游基因的调控机制。研究结果从多角度阐明了高效矿物风化细菌风化黑云母的分子机制，为进一步阐明硅酸盐矿物生物风化的分子机制提供了理论依据，并为高效矿物风化细菌在农业生产与生物冶金中的应用提供高效菌种资源与技术途径。