不产氧光合细菌5-氨基乙酰丙酸（ALA）的合成途径分布和代谢调控

发布时间：2020-07-14 02:59

【摘要】：5-氨基乙酰丙酸(ALA)是合成血红素、(细菌)叶绿素及VB_(12)等物质的重要前体,也已广泛应用于农业和医疗等领域。ALA生物合成途径包括C4途径和C5途径。不产氧光合细菌(Anoxygenic phototrophic bacteria,APB)是一类依赖细菌叶绿素(BChl)进行不产氧光合作用的代谢多样性类群,ALA是BChl合成的必需前体,因此利用APB生产ALA也备受关注和青睐。但目前对C4和C5途径在APB分布的认识还不完善,也存在一定分歧,实验证据缺乏。针对这些问题,本研究首先在基因组水平上,系统全面的分析了APB中C4和C5途径的分布特点和规律;并选择一株γ变形菌纲紫细菌Marichromatium gracile YL28对其ALA合成途径进行了实验验证;将源于APB C5途径的ALA关键酶基因以及细菌叶绿素合成镁螯合酶基因(bchHID)和镁原卟啉甲基转移酶基因(bchM)依次转入E.coli BL21和Rhodopseudomonas palustris CGA009,探求了ALA的调控机制。主要研究结果如下:(1)ALA合成途径基因组分析和验证。收集了117株APB的基因组数据,系统分析了ALA合成关键酶基因(gtr、gsa和hemA)在APB中的分布特征。首次发现了一个新的C4途径的关键酶基因,提出了C4和C5途径共存于绿细菌、β和γ变形菌纲的紫细菌的新认识;以Marichromatium gracile YL28为研究对象,通过基因异源表达验证了新型ALA合成酶基因的功能,证明了γ变形菌纲紫细菌YL28中除了含有C5途径外,还存在C4途径。(2)C5途径基因对ALA合成的调控。将源于M.gracile YL28的C5途径3个关键酶基因导入E.coli BL21,获得了4个重组菌,谷氨酸和葡萄糖的添加均上调ALA的积累量,gtr-gsa共表达菌株与其它3个单基因表达菌株相比,ALA积累量明显升高。将源于YL28的C5途径3个关键酶基因通过接合转移的方法导入到含有C4途径的R.palustris CGA009中,获得了3个重组菌,结果表明外源C5途径基因的表达均可提高重组菌的ALA积累量。(3)BChl合成途径基因对ALA合成的调控。将源于YL28 BChl合成途径的镁螯合酶基因(bchHID)和镁原卟啉甲基转移酶基因(bchM)依次导入E.coli BL21中,获得了2个重组菌,能合成APB所特有的细菌叶绿素中间体镁原卟啉单甲酯,下调了ALA合成积累。综上所述,本研究丰富了紫细菌和绿细菌中ALA合成途径分布规律的认识;首次提出绿细菌、β和γ变形菌纲紫细菌中共存C4和C5途径的新认识,发现了一个新的C4途径的ALA合成关键基因,对ALA代谢调控进行了初步研究,为进一步深入研究ALA的代谢调控奠定了基础。
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q933;TQ226.35
【图文】：

BSA标准曲线

ALA标准曲线

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【参考文献】

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本文编号：2754387