铜绿假单胞菌DN1基因组学及荧蒽诱导下的转录组学研究

发布时间：2020-03-26 16:23

【摘要】：多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)是分布广、难降解的有机污染物,因疏水性强、毒性大、污染持久而受到越来越多的关注。荧蒽是4环的高分子量多环芳烃,在结构上与咔唑、二VA英等类似,是研究此类型多环芳烃的模式化合物。本研究以铜绿假单胞菌DN1(Pseudomonas aeruginosa DN1)为出发菌株,综合运用基因组、转录组和基于色谱技术的代谢组分析等方法解析荧蒽降解的分子机制。首先采用Pac Bio RSII和Illumina Miseq结合的双末端测序技术获悉P.aeruginosa DN1的全基因组序列信息:全基因组是由6,959,251个碱基对(bp)组成,包括一个6,641,902bp的环形染色体(G+C含量67.09%)及一个317,349bp的质粒(G+C含量57.01%);注释到6,450个蛋白质编码基因;运用r RNAmmer、t RNAscan、Rfam从全基因组中获得64个t RNAs和12个r RNAs。同时,P.aeruginosa DN1的基因组中预测到了一百多种与PAHs降解相关的基因,其中25个双加氧酶基因中包含了5个环羟基双酶基因。生物信息学分析发现P.aeruginosa DN1部分PAHs降解相关的基因发生了转移或重排,Otho ANI比较分析结果显示:P.aeruginosa DN1与同属的其他菌株亲缘关系较近,且与模式菌株PAO1具有较好的共线性。在全基因组测序及分析的基础上,对荧蒽胁迫条件的P.aeruginosa DN1进行了RNA-Seq测序及分析,探究以荧蒽为唯一碳源条件下参与荧蒽降解、调控及转运等相关基因的表达情况。结果显示:荧蒽胁迫条件下的转录组分析检测到差异表达的基因数目为3,522个,其中上调及下调的基因分别为1,919和1,603个。结合基因组数据分析,发现在碳代谢、芳香烃化合物降解及苯甲酸降解等途径中存在大量差异表达的基因,其中荧蒽降解过程中关键酶基因cat A、pca G和pca H均呈明显上调趋势。为进一步探究这些关键基因在荧蒽降解过程中的功能,利用同源重组技术对cat A、pca G和pca H进行基因敲除。实验结果表明:突变菌株在荧蒽、原儿茶酸和儿茶酚为唯一碳源时生长情况受基因缺失的影响,而在葡萄糖中生长无明显差异;尤其是突变株Δpca G和Δcat A在分别以原儿茶酸和儿茶酚为唯一碳源时生长更缓慢。同时,三株突变菌株对荧蒽降解能力均受到影响,以基因pca G的缺失对荧蒽降解率的影响显著。DN1菌株在以50μg/m L荧蒽为唯一碳源的MSM培养基中摇瓶培养9天,荧蒽降解率可以达到84.47%;而同等条件下突变菌株Δpca G降解率仅为64.3%。此外,pca H与pca G作为铜绿假单胞菌降解荧蒽过程中的关键基因,二者同为原儿茶酸-3,4-双加氧酶的编码基因,但Δpca H菌株的荧蒽降解率为71.67%,略高于Δpca G菌株。由此推测,cat A、pca G、pca H等关键基因的敲除对荧蒽降解具有明显的影响,但其缺失并不能完全抑制荧蒽降解。同时,利用GC/MS色谱分析检测到荧蒽降解的发酵液中不仅残留有未降解的荧蒽,同时还检测到了9-羟基芴、1-二羟苊酮、1,8-萘二甲酸酐及α/β-甲基萘和2,3-二甲基萘等物质。由此推测菌株DN1降解荧蒽可能起始于C-7,8位点的双加氧反应,但不排除该菌株通过C-1,2和/或C-2,3双加氧途径降解,详细的降解途径还有待进一步研究。
【图文】：

PAHs污染

西北大学硕士学位论文， “三废”排放量大，汽车等交通工具的尾气排放，烧烤、烹饪等其他来源的15]。人类活动依然是海洋环境中的 PAHs 主要来源，同时也有生物代谢及地球化学然来源 PAHs：如微生物等的生物合成，火山喷发、森林火灾及海底沉积物的等。人类活动造成海洋环境中的 PAHs 污染的主要方式：石油加工、运输以及和工业“三废”等最终会以地表径流的形式汇至海洋环境。据报道，自然界 PA来源是物质燃烧产生的 PAHs，这些有机化合物经空气传输，在世界范围内飘洋环境中的 PAHs 有 10-18%就是来自于大气沉降[16, 17]。

分子,生物毒性,化学致癌,生物累积

第一章绪论关。苯环数少的 LMW PAHs 通常会引发急性毒性，而苯环数传性毒性[18, 19]。据报道， PAHs 代谢生成的二氢二醇环氧衍通过与 DNA 共价结合破坏复制过程，诱发癌症的发生[20-22]。常具有较强的细胞毒性[23]。通常具有化学致癌作用、光致毒和生物毒性。化学致癌作用基因发生变异，诱发癌变的过程，目前，， PAHs 的化学致癌论”、“L 区理论”及“双区理论”等[24]。“K 区”和“L 区”分别指结构。研究认为带有“K 区”和/或“L 区”结构 PAHs 具有致W PAHs 的生物毒性基于其稳定的化学结构及较强的疏水性s 更容易进行生物累积，通过食物链富集、扩散，在生物体内有的光致毒作用是指其在有氧时，尤其是紫外有氧条件下产破坏细胞膜，损伤生物大分子 DNA、蛋白质。
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X172;X505

【参考文献】