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多环芳烃(PAHs)是一类广泛分布于海洋环境中的含有两个以上苯环的有机化学污染物,因其具有潜在的致癌、致畸和致突变毒性作用,引起学者的广泛关注。微生物修复是消除PAHs污染的经济高效的方式。研究降解菌的遗传控制、探索代谢途径、解析相关酶系和功能基因,从而构建基因工程菌株用于污染环境的生物修复是当前研究的热点。
本研究采集自厦门博坦油码头的海水样品,以具有代表性的PAHs——菲为降解底物,考察在连续的转接驯化过程中,降解菲的混合菌系的群落结构的变化。以平板升华的方法筛选对菲具有明显降解效果的菌株,再通过高效液相色谱(HPLC)证实降解菌的降解能力。之后构建降解菌的基因文库,筛选参与菲降解的关键酶基因。
主要得到以下几个结果:
1.用变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析了以菲为底物的混合菌系的群落变化过程,并对其中的两条清晰条带进行割胶回收,测序,其中序列4与鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)同源性99%,序列5与伯克霍尔德菌(Burkholderia)同源性100%。
2.用平板升华的方法筛选获得一株产生明显降解圈的菌株,定名为H。经16SrDNA分子鉴定,降解菌H归于鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)。高效液相色谱(HPLC)结果表明,降解菌H在5天之内降解了81.9%终浓度为400mgL-1的菲,24h内最大降解速率达到5.95mgL-1h-1,添加酵母粉没有促进降解菌对菲的利用。降解菌H的最适生长温度为30℃,最适pH为8.0。比较混合菌系和降解菌的DGGE图谱,降解菌H在混合菌系中占有重要的地位,与条带2对应。在菲诱导下,降解菌H的全细胞蛋白的表达发生了变化,说明在降解菌H中,参与菲降解的基因是可诱导的。喷洒邻苯二酚,降解菌H能够迅速产生黄色的2-羟粘糠酸半醛(2-HMS)。
3.提取降解菌H总DNA,sau3AI不完全酶切,以pUC19为载体,E.coliDH5α为宿主,构建3-10Kb的基因文库。以邻苯二酚为底物筛选,获得了带有邻苯二酚2,3-双加氧酶(C23DO)基因的阳性克隆子。经过测序和核酸序列的分析,目的片段依次是C23DO基因、功能未知的基因和HMSD基因的片段,属于S-type间位裂解操纵子。通过氨基酸序列的推导和比对,降解菌H的C23DO基因和HMSD基因与Novosphingobiumaromaticivorans的相应序列同源性最高;系统发育结果显示,它们与鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)的序列归于一群,而与其他菌属的序列差异较大。用邻苯二酚诱导阳性克隆子,产生了明显的差异条带。