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中度嗜盐菌(Moderate halophile)指的是在含有3-15% NaCl的条件下表现出最适生长的一个微生物类群,具有独特的代谢机制及遗传特性,由于其在钠离子输出相关蛋白的研究中展现出的丰厚潜力,一直受到科学研究者的广泛关注。松嫩平原盐碱地是世界三大著名的Na2CO3类型盐碱地之一,盐单胞菌(Halomonas sp.)NEAU-ST10-39是本实验分离自松嫩平原盐碱地中的一株中度适盐菌,本实验室利用多种分类方法已鉴定该菌株为盐单胞菌属(Halomoas)一个新种,定名为松嫩盐单胞菌(Halomonas songnensis)。
本研究将基因文库筛选法与大肠杆菌(Escherichia coli) Na+/H+逆向转运蛋白基因缺陷株KNabc(⊿nhaA,⊿nhaB,⊿chaA)基因功能互补法相结合,从NEAU-ST10-39中克隆得到了一个转运钠离子的草酰乙酸脱羧酶(Na+-transporting(o)xalo(a)cetate(d)ecarboxylase)基因簇oadGAB。该基因簇全长4,106 bp,含有3个完整的开放读码框(ORF l-3),分别编码α,β,γ三个亚基。
OadGAB蛋白序列同源性分析表明,α、β、γ三个亚基与Halomonas elongata中推测的草酰乙酸脱羧酶α、β、γ三个亚基同源性最高,而与Vibrio cholerae、Salmonella enterica、Klebsiella pneumoniae和Enterobacter aerogenes中被鉴定的草酰乙酸脱羧酶α、β、γ亚基同源性分别为63.65-67.55%、59.55-69.23%和28.23-44.19%。OadGAB蛋白特性及拓扑学分析显示:OadA可能是位于细胞膜与细胞质交界面的既具有亲水性又具有疏水性的兼性蛋白,无跨膜区;OadB可能是低极性的跨膜蛋白,存在8个跨膜区;OadG可能也是低极性的跨膜蛋白,但只存在1个跨膜区。复合蛋白OadGAB可能是以OadA依附于具有跨膜螺旋的OadG、OadB的方式定位于膜上的。
OadGAB显著增强了大肠杆菌(Escherichia coli)Na+/H+逆向转运蛋白基因缺陷株KNabc在中等盐浓度环境下的生长能力,并且提高了其对碱性pH的抗性。利用PCR方法得到OadGAB单亚基亚克隆产物,使其在KNabc中表达。我们发现单亚基均不能够使E.coli KNabc菌株恢复在0.2M NaCl培养基上的生长。对OadGAB草酰乙酸脱羧酶脱羧活性进行鉴定,提取于KNabc/pUC-OadGAB的粗酶液具有十分显著的活性,而提取于KNabc/pUC18的粗酶液几乎没有。实验发现OadGAB的最适反应温度在37℃,最适pH值在6.0。并且当NaCl浓度在200mM时,活性为最高。这是首次对中度嗜盐菌草酰乙酸脱羧酶的鉴定。
为了深入揭示OadGAB的钠离子转运机制,对其钠/氢逆向转运蛋白活性进行测定。结果显示提取于E.coli KNabc/pUC-OadGAB的反转膜具有钠氢逆向转蛋白活性,而提取于E.coli KNabc/pUC18的反转膜完全不表现出钠氢逆向转蛋白活性。结合E.coliKNabc/pUC-OadGAB耐盐碱实验结果,我们认为OadGAB蛋白具有钠/氢逆向转运蛋白活性。
基于以上结果,我们认为OadGAB蛋白不仅具有草酰乙酸脱羧酶活性,同时也具有钠/氢逆向转运蛋白活性,这在对于草酰乙酸脱羧酶的研究中尚属首例。我们初步推测,OadGAB不仅进行脱羧反应偶联钠离子的运输;同时,也会通过行使钠/氢逆向转运蛋白活性的方式转运钠离子。