甲烷氧化菌20Z利用Embden-Meyerhof-Parnas途径高效同化甲烷

为了探究γ-变形菌纲 (Gammaproteobacteria) 甲烷氧化菌Methylomicrobium alcaliphilum 20Z的甲烷同化代谢过程。文中整合RNA-seq、LC-MS技术并结合13C标记策略对核酮糖单磷酸途径 (Ribulose monophosphate pathway) 及下游途径展开系统组学分析。M. alcaliphilum 20Z代谢物组定量分析表明Entner-Doudoroff (EDD) 途径的中间代谢物6-磷酸葡萄糖的浓度是(150.95±28.75) μmol/L,2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸浓度低于质谱定量分析检测限,而Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) 途径中果糖1,6-二磷酸、甘油醛-3-磷酸/二羟丙酮磷酸和磷酸烯醇式丙酮酸的浓度分别是 (1 142.02±302.88) μmol/L、(1 866.76±388.55) μmol/L和 (3 067.57±898.13) μmol/L。通过EDD和EMP途径的代谢物13C同位素动态富集研究,进一步揭示3位标记丙酮酸丰度是1位标记丙酮酸丰度的4~6倍。最后,基因表达比较分析发现EMP途径的关键基因 (如：fbaA、tpiA、gap和pykA) 的表达水平 (RPKM) 分别是2 479.2、2 493.9、2 274.6和1 846.0,而EDD途径中基因 (如：pgi、eda和edd) 的RPKM仅是263.8、341.2和225.4。综合上述结果阐明EMP途径才是M. alcaliphilum 20Z进行甲烷同化的关键通路。EMP途径代谢功能的全新阐述不但改变对Gammaproteobacteria甲烷氧化菌甲烷同化模式的传统认知,而且为甲烷高效生物催化转化提供重要的理论基础。