细菌好氧降解多环芳烃上游途径基因多样性研究

发布时间：2017-09-09 10:51

  本文关键词：细菌好氧降解多环芳烃上游途径基因多样性研究

  更多相关文章： PAHs 上游降解途径 基因多样性 基因组织方式

【摘要】：在好氧条件下多数细菌利用一套相似酶系统(pah ABCDEF)完成各类PAHs的上游降解过程,目前对编码这些酶的基因的多样性缺少系统的研究。本文对功能明确的PAHs羟基化双加氧酶(pah A)与芳烃羟基化双加氧酶(Arh A)在进化上的关系进行了研究,在此基础上收集了数据库中所有的pah A与相关的Arh A的全长序列并基于加氧酶α亚基(A3)构建了系统发育树,界定了pah A在Arh A的系统发育树上所处的范围,研究了pah A的多样性。研究表明pah A3在系统发育树上可以分为两类,分别为来自变形菌门与放线菌门的PAHs降解菌。在pah A3的系统发育树的大部分分支存在功能明确的pah A,处于同一分支的pah A通常来自亲缘关系密切的PAHs降解菌且具有相同的底物范围,少数未经功能验证的pah A分支代表了新类型的pah A。pah A中电子传递蛋白存在多个起源,其中在pah A3系统发育树的多个分支中存在的Rubredoxin类型的氧化还原蛋白在已有的研究中被忽略了。本研究中还发现pah A中同一类型的电子传递蛋白也可能具有不同的起源,一些pah A的电子传递蛋白来源于其它Arh A。本研究利用功能明确的pah BCDEF检索并收集了数据库中相关的基因,利用pah A作为PAHs降解菌的标记基因对这些pah BCDEF进行了注释,在此基础上构建系统发育树以研究它们的多样性。结果表明,pah BCDEF的系统发育树及pah A3系统发育树的各个分支一一对应。pah BCF在系统发育树上存在多个起源且与一般芳烃降解过程中的相应基因有关。pah DE与其他芳烃降解过程基因无关,在系统发育树上有着单一起源。pah D只出现在变形菌门的PAHs降解菌中,而所有PAHs降解菌中都有共同起源的pahE,这表明pahE可以作为PAHs降解菌的标志基因。本研究对各类PAHs降解基因的组织方式进行了比较,研究发现,PAHs降解基因在基因组上有着高度多样的组织形式,在系统发育树上处于同一分支的pah ABCDEF基因在基因组上通常处于相同的基因簇中,反之亦然。通过全基因组比较,本研究清晰的呈现了许多细菌中PAHs降解基因簇整体的水平转移。利用pahE作为标记基因并结合基因组比较,本研究预测了两类新的pah A。其中一类pah A来自于α变形菌纲,在进化上与典型的联苯羟基化双加氧酶基因关系密切,这类pah A中有两个酶在曾被证实能够催化PAHs羟基化反应。另一类pah A来自Burkholderiales,在这些菌株中pah BCDEF均与已知变形菌门的PAHs降解菌中相应基因有着共同的起源,但pah A却与放线菌门的pah A更加接近。
【关键词】：PAHs 上游降解途径 基因多样性 基因组织方式
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X172
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第1章 引言9-33
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究现状10-31
• 1.2.1 微生物降解PAHs研究概览10
• 1.2.2 PAHs好氧降解细菌概览10-13
• 1.2.3 PAHs好氧降解途径概览13-24
• 1.2.4 PAHs降解途径中的酶与基因概览24-29
• 1.2.5 基因组时代的PAHs降解研究29-30
• 1.2.6 现有研究总结30-31
• 1.3 本研究的研究目的、内容与主要贡献31-33
• 1.3.1 研究目的31
• 1.3.2 各章内容简介31-32
• 1.3.3 整体技术路线32
• 1.3.4 本研究的主要贡献32-33
• 第2章 数据收集与处理方法33-47
• 2.1 数据收集的方法33-34
• 2.2 与本研究中PAHs降解基因相关的菌株信息34-46
• 2.3 系统发育树的构建方法46
• 2.4 基因组比较与基因注释46-47
• 第3章 PAHs羟基化双加氧酶基因的多样性47-65
• 3.1 芳烃羟基化双加氧酶基因的多样性47-53
• 3.1.1 功能明确的芳烃羟基化双加氧酶基因的多样性47-49
• 3.1.2 数据库中芳烃羟基化双加氧酶基因的多样性49-50
• 3.1.3 与现有Arh A的分类体系的比较50-53
• 3.2 PAHs羟基化双加氧酶基因（pahA）的多样性53-59
• 3.2.1 第1类pahA中加氧酶基因多样性53-56
• 3.2.2 第2类pahA中加氧酶基因多样性56-59
• 3.3 pahA中电子传递蛋白基因多样性及与加氧酶组分在进化上的联系59-64
• 3.4 本章小结64-65
• 第4章 PAH降解上游途径中基因的多样性65-82
• 4.1 pahB基因多样性65-67
• 4.2 pahC基因多样性67-72
• 4.3 pahD基因多样性72-73
• 4.4 pahE与E’基因多样性73-76
• 4.5 pahF与pahF’基因多样性76-78
• 4.6 不同基因多样性比较及在进化上的关系78-81
• 4.7 本章小结81-82
• 第5章 PAHs降解基因在基因组中组织方式82-95
• 5.0 本章引言82-83
• 5.1 Pseudomonas中PAHs降解基因的组织方式83-85
• 5.2 Burkholderiales中PAHs降解基因的组织方式85-87
• 5.3 Sphingomonadaceae中PAHs降解基因的组织方式87-88
• 5.4 变形菌门中其他PAHs降解基因的组织方式88-90
• 5.5 Rhodococcus及相关菌属中PAHs降解基因组织方式90-92
• 5.6 Mycobacterium及相似菌属中PAHs降解基因的组织方式92-93
• 5.7 PAHs降解基因的组织方式的多样性与基因多样性之间的关系93-94
• 5.8 本章小结94-95
• 第6章 新PAHs降解菌与基因预测95-102
• 6.1 α变形菌纲中新PAHs降解菌与降解基因96-98
• 6.2 Burkholderiales中新PAHs降解菌与降解基因98-101
• 6.3 本章小结101-102
• 第7章 结论与建议102-105
• 7.1 结论102-103
• 7.2 需进一步开展的工作103-105
• 参考文献105-120
• 致谢120-122
• 附录A PAHs及其他芳烃的中英文名对照、缩写122-124
• 附录B PAHs降解上游途径中间代谢产物编号及中英文名对照124-132
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果132

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