無色桿菌屬砷氧化菌SY8砷氧化調(diào)控機(jī)制研究.pdf

1、砷是自然界中普遍存在的一種劇毒類金屬元素，在自然環(huán)境中主要以三價(jià)亞砷酸鹽[AsO2-，As(Ⅲ)]和五價(jià)砷酸鹽[AsO43-，As(Ⅴ)]的無機(jī)形式廣泛存在，As(Ⅲ)移動(dòng)性強(qiáng)，其毒性和危害性比As(Ⅴ)大很多。微生物砷氧化途徑能夠?qū)⒍拘詮?qiáng)的As(Ⅲ)氧化生成毒性弱的As(Ⅴ)，有利于環(huán)境的砷解毒。該氧化過程由砷氧化酶(AioA/AioB)催化完成，砷氧化酶的表達(dá)除了受AioS/AioR雙組分信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)調(diào)控以外，在Agrobacter

2、ium tumefaciens5A中還被報(bào)道受上游的砷結(jié)合蛋白AioX共同調(diào)控。但是AioX結(jié)合As(Ⅲ)之后，如何將該信號(hào)傳遞給雙組分系統(tǒng)AioS/AioR，從而最終啟動(dòng)砷氧化酶結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)，這一信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程尚不明確。本課題利用一株無色桿菌屬砷氧化菌株Achromobacter arsenitoxydans SY8為研究材料，重點(diǎn)研究了A.arsenitoxydans SY8的aioX基因在砷氧化調(diào)控過程中的作用，以及As(Ⅲ)信號(hào)

3、轉(zhuǎn)導(dǎo)過程，同時(shí)探索了該菌株中密度感應(yīng)現(xiàn)象參與調(diào)控砷氧化的相關(guān)問題。
　　 通過基因敲除、互補(bǔ)以及蛋白質(zhì)相互作用等方法對(duì)A.arsenitoxydans SY8砷氧化調(diào)控機(jī)制進(jìn)行了研究。研究表明，替換突變A.arsenitoxydans SY8的aioX基因不會(huì)導(dǎo)致砷氧化能力的喪失，但是與野生型SY8菌株相比，同等培養(yǎng)條件下突變株將600μM的As(Ⅲ)完全氧化所需時(shí)間明顯滯后約40h。利用aioX基因互補(bǔ)突變株后，互補(bǔ)菌株的砷氧

4、化能力得到完全恢復(fù)。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明AioX在調(diào)控砷氧化酶等結(jié)構(gòu)基因表達(dá)的過程中發(fā)揮重要作用。我們利用酵母雙雜交蛋白質(zhì)相互作用方法對(duì)AioX在砷氧化調(diào)控過程中扮演的角色進(jìn)行了探索。蛋白質(zhì)互作結(jié)果顯示AioX和AioS的周質(zhì)結(jié)構(gòu)域之間存在微弱相互作用，同時(shí)AioS與反應(yīng)調(diào)控蛋白AioR之間存在強(qiáng)烈的相互作用。由此推測(cè)A.arsenitoxydans SY8可能通過AioX結(jié)合周質(zhì)的As(Ⅲ)，然后通過蛋白質(zhì)物理上的接觸將As(Ⅲ)信號(hào)傳遞

5、給AioS，最后通過AioS/AioR雙組份系統(tǒng)的典型調(diào)控模式來控制砷氧化酶的相關(guān)結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)。此外，在該菌株中并沒有找到密度感應(yīng)機(jī)制調(diào)控砷氧化過程的直接證據(jù)，因此該菌株的復(fù)雜砷氧化調(diào)控機(jī)制有待進(jìn)一步的研究。
　　 本研究利用分子生物學(xué)方法對(duì)菌株SY8體內(nèi)砷氧化調(diào)控機(jī)制進(jìn)行了闡述，著重強(qiáng)調(diào)了AioX在微生物與砷互作過程中的重要功能，首次發(fā)現(xiàn)AioX與AioS、AioS與AioR之間通過相互作用進(jìn)而調(diào)控砷氧化酶基因的表達(dá)，并預(yù)示