【摘 要】
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当前水产养殖尤其是高密度集约化的淡水养殖中,面临着水体富营养化问题的困扰,而磷污染是造成水体富营养化的关键因素。以聚磷微生物为主的生物除磷方法可无毒、无污染、高效可持续性的解决水产养殖的磷污染及其导致的水体富营养化问题。但到目前为止,聚磷微生物分子水平的作用机制尚未阐明。红树林沉积物中微生物物种资源丰富,是发现和挖掘工业、农业、药用功能微生物的宝库。本论文从广东阳江海陵岛红树林土壤中分离筛选到58
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当前水产养殖尤其是高密度集约化的淡水养殖中,面临着水体富营养化问题的困扰,而磷污染是造成水体富营养化的关键因素。以聚磷微生物为主的生物除磷方法可无毒、无污染、高效可持续性的解决水产养殖的磷污染及其导致的水体富营养化问题。但到目前为止,聚磷微生物分子水平的作用机制尚未阐明。红树林沉积物中微生物物种资源丰富,是发现和挖掘工业、农业、药用功能微生物的宝库。本论文从广东阳江海陵岛红树林土壤中分离筛选到58株具有聚磷活性的微生物菌株,其中编号为MS103109的菌株聚磷能力达到60%以上,该菌株为革兰氏阳性菌,通过甲苯胺蓝染色,发现在高磷培养基中,其体内形成多聚磷酸盐颗粒。16S r DNA序列分析结果表明,该菌株与Albirhodobacter sp.strain70046（MF045109.1）的同源性达到99%,进一步构建系统进化树,发现其与白色红杆菌属（Albirhodobacter sp.）的菌株进化距离最近,故命名为白色红杆菌MS103109（Albirhodobacter sp.MS103109）。为深入研究其聚磷机理,分别采用TMT和LC-MS/MS技术研究了高磷胁迫下白色红杆菌差异表达的蛋白和小分子代谢物,分析了差异表达蛋白和小分子代谢物的功能及其参与的代谢通路,为阐明聚磷机理提供依据。对白色红杆菌Albirhodobacter sp.MS103109的比较蛋白组学研究表明,以无磷培养基（LB）培养40 h作为对照,高磷培养基（PAM）培养40 h后,应用TMT技术共鉴定得到2148个蛋白,其中上调差异蛋白311个,下调差异蛋白470个。通过KEGG富集分析,发现上调差异蛋白主要富集到磷酸盐和亚磷酸盐代谢、磷脂酰肌醇信号系统和氨基酸生物合成等通路,下调差异蛋白主要富集到氧化磷酸化通路。通过STRING蛋白互作网络探索Top300差异蛋白的互作关系,结果表明共22个蛋白参与蛋白互作网络构建,构成以上调差异蛋白次黄嘌呤核苷酸脱氢酶和超氧化物歧化酶为核心的互作网络。互作网络中与磷有关的蛋白有NAD+diphosphatase（NAD+磷酸水解酶）、phosphomethylpyrimidine synthase（磷酸甲基嘧啶合酶）、2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate cytidylyltransferase（4-环二磷酸合酶）、glycerol-3-phosphate dehydrogenase（甘油-3-磷酸脱氢酶）、GTPase（鸟苷三磷酸腺苷酶）等。对白色红杆菌Albirhodobacter sp.MS103109的比较代谢组学研究表明,以无磷培养基（LB）培养40 h作为对照,高磷培养基（PAM）培养40 h后,正离子模式下共鉴定得到59个小分子代谢物,其中2个代谢物显著上调,21个代谢物显著下调;在负离子模式下共鉴定得到71个代谢物,其中5个代谢物显著上调,15个代谢物显著下调。通过KEGG富集分析,发现上调代谢物中D-景天庚酮糖-7-磷酸参与到磷酸戊糖途径、脂多糖生物合成和氨基酸生物合成等代谢途径。综上所述,Albirhodobacter sp.MS103109菌株能够将外界环境中的磷吸收到体内,降低环境中的磷含量;结合蛋白质组学和代谢组学的数据分析,发现高磷环境下,白色红杆菌通过上调及下调相应的蛋白及小分子代谢物,影响相应的磷代谢相关通路,实现生物聚磷功能。该研究为阐明Albirhodobacter sp.MS103109的聚磷通路和调控机制提供了的试验依据。
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