《深海超嗜熱嗜壓古菌CH1環境適應性機理研究》是依託上海交通大學，由徐俊擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：深海超嗜熱嗜壓古菌CH1環境適應性機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：徐俊
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
超嗜熱嗜壓古菌Pyrococcus yayanosii CH1是從深海熱液煙囪樣本中分離出的世界上第一株嚴格嗜壓的高溫古菌，研究該菌株的環境適應性機理對了解生命耐受的溫度壓力極限具有重要意義。從野生型菌株CH1出發已獲得了兼性嗜壓突變株，並構建了遺傳作業系統；轉錄組分析發現在高壓培養條件下CH1中甲酸鹽代謝基因簇顯著上調，敲除該基因簇則可獲得壓力敏感型突變菌株，暗示甲酸呼吸對菌株在高溫高壓下的存活具有重要意義。擬對缺失大片段中包括的甲酸鹽轉運和利用、輔酶F420氫化酶、膜結合氫酶等功能模組分別進行基因敲除，研究菌株在形態、細胞膜類酯及胞內相容性物質等方面的差異；通過比較組學研究、穩定同位素標記化合物示蹤和代謝流平衡分析，構建代謝網路模型，確定甲酸呼吸及其關聯的能量代謝途徑對環境適應性的影響。本研究綜合運用分子遺傳操作和深海環境模擬技術，有望從能量代謝角度闡述超嗜熱嗜壓古菌的環境適應性機理。
結題摘要
超嗜熱嗜壓古菌Pyrococcus yayanosii CH1是從深海熱液煙囪樣本中分離出的世界上第一株嚴格嗜壓的高溫古菌，研究該菌株的環境適應性機理對了解生命耐受的溫度壓力極限具有重要意義。利用甲酸為唯一碳源的產氫呼吸途徑僅見於深海超嗜熱古菌Thermococcus和Pyrococcus. yayanosii中，以甲酸代謝基因簇（Fmr）對環境的回響為切入點，取得了以下研究成果： （1）從野生型菌株CH1出發獲得了兼性嗜壓突變株A1。通過全基因組測序發現A1菌株中突變的基因主要與細胞周期調控、鞭毛的合成以及芳香族胺基酸的轉運相關。 （2）比較轉錄組分析發現，在高壓（52 MPa）培養條件下，CH1中甲酸鹽代謝基因簇（Fmr）顯著上調，敲除該基因簇則可獲得壓力敏感型突變菌株。中斷A1菌株的Fmr基因簇後，突變株中大量積累甲酸，其0.1 MPa的生長也受到限制。膜結合態氫酶複合體Mbh以及胞質內氫酶複合體SHI參與了Thermococcales微生物的能量代謝，中斷A1菌株的Mbh和SHI基因簇後，突變株中也積累甲酸，表明Mbh和SHI複合體也參與了A1菌株的甲酸代謝。 （3）比較轉錄組分析發現，在常壓（0.1 MPa）培養條件下，A1菌株中與IMP合成途徑相關的基因轉錄下調，而與甲酸代謝及能量轉換相關的氫酶的編碼基因則轉錄上調。該結果暗示，A1中參與IMP合成代謝的甲酸被分解產能以適應低壓的脅迫環境。而對CH1在15 MPa和52 MPa壓力條件下的轉錄組分析發現，其在低壓（15 MPa）脅迫條件下，不能有效的調節甲酸由參與IMP合成向氧化產能轉換。 （4）甲酸既是代謝過程中的重要中間代謝產物，也是一些超嗜熱微生物肌苷（IMP）合成途徑中的一碳單元。對IMP合成途徑和甲酸氧化途徑相關基因的啟動子區域分析，發現IMP生物合成途徑中的多個基因的上游區域，存在有一個保守的motif。通過磁珠富集獲得了可以與該motif結合的轉錄因子(PTF)。 （5）綜合轉錄組和蛋白組分析結果構建了A1菌株中甲酸代謝受壓力調控的可能模型。
