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全球人口的持续增长,环境问题的日益严重,以及传统化石燃料价格的大幅度波动,导致了对生物新能源的需求与日俱增,特别是目前越来越多的科学研究旨在寻找能合成生物能源的木质纤维素嗜热菌。Thermoanaerobacter属菌株含有多种专性厌氧嗜热菌,甚至其中一些菌株是颇具发展前景的高产乙醇菌株并已进行了广泛的性质研究。一方面,Thermoanaerobacter属菌株的生长和发酵产物的合成与培养温度、培养基初始pH以及碳源类型都具有一定的相关性。另一方面,基因组序列的测定,有利于从基因组学的角度剖析菌株的碳源利用能力和发酵产物的合成能力。本研究中,加拿大湖首大学Lew Christopher教授从美国黄石公园的一处地热温泉中分离得到一株专性厌氧嗜热菌YS13。基于16S rRNA基因序列和cpn60 UT序列的系统进化分析鉴定该菌株为Thermoanaerobacter属中一株新的嗜热菌并命名为Thermoaanerobacter sp.YS13。纤维二糖或木糖作为碳源条件下,Thermoaanerobacter sp.YS13能在45-70°C,初始pH 5.0-9.0条件下较好生长,最适生长条件为65°C,pH 7.0-7.5。YS13菌株在1191培养基中以葡萄糖、纤维二糖或木糖为生长底物,其代谢产物均为H2、CO2、乙醇、乙酸和乳酸。YS13菌株在葡萄糖或纤维二糖为碳源条件下生长时,乳酸的合成占主导地位,而在以木糖为生长底物的1191培养基中,H2和乙酸的合成量超过其他发酵终产物。当纤维二糖作为生长底物时,培养温度由45°C升至70°C,导致代谢平衡由乙醇转向H2、乙酸和乳酸。当木糖作为生长底物时,随着温度由45°C升至65°C,代谢平衡由乳酸的合成转移至H2、CO2和乙酸的合成,而培养温度升至70°C,代谢平衡又由乙醇和CO2的合成转移至H2、乙酸和乳酸的合成。YS13菌株无论以己糖还是戊糖为碳源条件下,当培养基初始pH由7.0降至5.0时,其发酵代谢平衡分别由H2、乙酸和乙酸的合成转移至乳酸的合成。进一步地,由加拿大麦吉尔大学和魁北克基因创新中心对Thermoanaerobacter sp.YS13基因组进行测序。YS13菌株的基因组草图由5个contigs(>2,638 bp)组成,总的基因组大小为2,713,030 bp,G+C含量为34.05%,含有2,779个基因,其中2,707个为蛋白质序列编码基因,59个为tRNA,12个为rRNA。该基因组序列已存放于DDJB/EMBL/GenBank,其编号为JOOI00000000。由Thermoanaerobacter sp.YS13和其它16个已测序的Thermoanaerobacter菌株基因组进行的比较分析结果显示,尽管17个Thermoanaerobacter菌株来源不同的区域和环境,但是他们的基因组大小和G+C含量具有高度相似性。但是,不同Thermoanaerobacter菌株基因组中潜在的侧向位移基因的数量和组成呈现明显的差异性。Thermoanaerobacter sp.YS13基因组含有最多的侧向位移基因,并且其中大分部为潜在的功能性蛋白质序列编码基因,而其它Thermoanaerobacter菌株基因组中或者含有较少量的侧向位移基因或者所含侧向位移基因多为假定性基因。另外,YS13菌株与T.uzonensis全基因组序列比较分析呈现最高的分享基因百分比和核酸同一性值,这与前面以16R rRNA基因序列和cpn60 UT序列为基础的系统进化分析结果具有一致性。YS13菌株与T.wiegelii Rt8.B1有最相似的基因组排列,而与Thermoanaerobacter sp.X513、Thermoanaerobacter sp.X514,T.siderophilus SR4和T.pesudethanolicus 39E在基因组排列上显示较大的差异性。有趣的是,Thermoanaerobacter sp.YS13与T.uzonensis的基因组相似性是低于Thermoanaerobacter sp.YS13与T.wiegelii Rt8.B1相似性的,尽管它们在进化分析中表现为最相近的关系。Thermoanaerobacter基因组中潜在的糖苷水解酶基因的多样性与已进行性质研究的Thermoanaerobacter菌株多样的生物质水解表现型相关联。由17个Thermoanaerobacter菌株基因组组成的泛基因组中包含7,041核心和独特基因。通过对泛基因组进行分析,鉴定了28组来源于Thermoanaerobacter菌株的ATP结合盒(ABC)转运体基因。值得注意的是,Thermoanaerobacter sp.YS13菌株含有4个独特的ABC转运体蛋白编码基因,这些基因处于泛基因组中Thermoanaerobacter sp.YS13菌株的独特区域,而且这些可能转运蛋白基因大多数源于基因的侧向位移。糖酵解代谢途径在所有Thermoanaerobacter菌株高度保守,不过,可能的糖代谢编码基因因菌株不同而呈现分布的多样性。尽管在所有分析的Thermoanaerobacter基因组中均含有不同数量的乙醇合成相关基因,但是这些基因大多数都是功能性质不确定的。