联苯培养条件下红球菌R04转录表达和苯甲酸代谢途径解析

摘要:【目的】研究不同碳源,特别是联苯条件下红球菌的细胞转录应答,以挖掘与多氯联苯(PCBs)转运、代谢及其调控相关的基因,为进一步全面理解PCB微生物降解的分子机制奠定基础。【方法】以一株多氯联苯降解菌红球菌(Rhodococcus sp.R04)为材料,分别提取不同碳源(乙醇、葡萄糖和联苯)培养条件下菌体的总RNA,反转录合成cDNA。采用高通量测序法分别对这三种样品进行转录组测序,分析测序数据得出全基因组表达模式,并对不同条件下的基因表达进行差示分析,进而对联苯代谢网络和红球菌中其他基因的转录调节和代谢应答反应做出相关性分析。Q-RT-PCR分析不同碳源培养条件下的基因表达情况。【结果】测序结果表明,与葡萄糖和乙醇相比,联苯培养条件下明显上调(log2 Ratio 1)基因个数分别为375和332个。与葡萄糖相比,联苯培养条件下,相关基因上调表达量与Q-RT-PCR实验结果基本一致。功能分类获得细胞组分、分子功能和生物学过程三大类别160多个细小分支的差示表达基因,部分基因参与联苯代谢转录调控、联苯转运、抗氧化应激反应以及信号传导通路系统等多种生理过程。参与联苯上游代谢途径的众多同工酶基因中,只有bphC2和bphD1在联苯中大量上调表达,其余同工酶在联苯中基本量不变或下调表达。转录组注释及差示分析推测,红球菌R04中苯甲酸的代谢主要是通过儿茶酚邻位途径、间位途径以及原儿茶酸途径三条代谢途径完成。【结论】与葡萄糖和乙醇相比,红球菌R04在联苯培养条件下基因表达差异明显,这为我们进一步解析多氯联苯代谢特征和代谢调控提供理论依据。     

原儿茶酸的生物转化

【背景】原儿茶酸(Protocatechuic acid,PCA)是一些植物的主要活性成分,可作为许多聚合物和药物的前体物质,目前PCA的主要来源是利用化学法从植物中提取,然而该法提取率低且对环境造成一定程度的破坏。【目的】克隆对羟基苯甲酸-3-羟化酶基因ρ-HBA-3H并进行异源表达,利用该酶催化实现原儿茶酸的生物转化。【方法】以红球菌R04基因组DNA为模板,PCR扩增得到对羟基苯甲酸-3-羟化酶基因ρ-HBA-3H,构建重组基因工程菌BL21(DE3)/pET21a(+)-ρ-HBA-3H,诱导表达对羟基苯甲酸-3-羟化酶,在底物对羟基苯甲酸(ρ-Hydroxybenzoicacid,ρ-HBA)存在下进行PCA的生物转化,并对生物转化的条件进行优化。【结果】对羟基苯甲酸-3-羟化酶基因在大肠杆菌中实现了高效表达。通过生物转化PCA产量可达1.156 g/L。优化实验表明Mg2+、Triton X-100对转化效率无影响,增加反应体系的溶氧量及添加适量的吐温-80能够促进转化反应的进行。细胞连续转化基础上适量补充葡萄糖可以有效增加工程菌的转化效率,减少PCA的消耗。【结论】通过生物酶催化法实现了PCA的高效率、绿色生产,为其他重要发酵产品的工业化生产提供理论研究基础。