不同共代謝基質(zhì)調(diào)節(jié)Stenotrophomonasmaltophilia R551-3的吡蟲啉代謝途徑的研究.pdf

1、煙堿類殺蟲劑吡蟲啉(IMI)的土壤和動植物代謝被廣泛的研究和報道,但目前尚未見其代謝途徑的調(diào)控報道。本文選擇全基因組序列已公布的Stenotrophomonasmaltophilia R551-3菌株為研究對象,研究不同共代謝基質(zhì)控制的IMI代謝途徑及其調(diào)節(jié)機制。
　　 本文首先采用化學(xué)合成方法制備IMI(=N-NO2)的衍生物guanidine IMI(=NH),nitroso IMI(=N-NO),urea IMI(=O),

2、用微生物轉(zhuǎn)化方法制備出5-hydroxy IMI和olefin IMI,這些IMI衍生物用于HPLC定量分析。以蔗糖為共代謝基質(zhì),S.maltophiliaR551-3能夠轉(zhuǎn)化IMI生成主要代謝產(chǎn)物5-hydroxy IMI以及少量自發(fā)水解產(chǎn)物olefinIMI。與對照組相比,以蔗糖為共代謝基質(zhì)IMI的羥基化作用增強8倍,硝基還原途徑卻被完全抑制。以琥珀酸鈉為共代謝基質(zhì),則同時產(chǎn)生5-hydroxy,olefin和urga IMI代謝產(chǎn)

3、物以及一個未知產(chǎn)物(保留時間3.1 min),說明以琥珀酸為共代謝基質(zhì),S.maltophilia R551-3同時產(chǎn)生IMI羥基化和硝基還原兩條途徑。以蔗糖和琥珀酸鈉為共代謝基質(zhì),第8 d時IMI分別降解了23.1％和57.6％,琥珀酸比蔗糖更能促進IMI的降解。以5-hydroxy IMI為轉(zhuǎn)化底物和琥珀酸鈉為共代謝基質(zhì),S.maltophilia R551-3可將5-hydroxy IMI轉(zhuǎn)化成olefin IMI,而以蔗糖為共代

4、謝基質(zhì),5-hydroxy IMI則不能被轉(zhuǎn)化。以Nitroso IMI為底物和以琥珀酸鈉為共代謝基質(zhì),S.maltophilia R551-3可將nitrosoIMI轉(zhuǎn)化為urea IMI和和guanidine IMI。以琥珀酸鈉或蔗糖為共代謝基質(zhì),guanidine IMI和urea IMI都不能被S.maltophilia R551-3轉(zhuǎn)化,表明urea IMI是IMI代謝的終產(chǎn)物且其生成不是經(jīng)由guanidine IMI途徑。<

5、br>　　 HMP途徑抑制劑6-氨基煙酰胺的抑制了61.8％的IMI降解和60％的5-hydroxy IMI生成,這表明在S.maltophilia R551-3羥基化IMI過程中磷酸五糖(HMP)途徑是蔗糖的主要代謝途徑。丙酮酸鈉和蘋果酸鈉能促進olefin IMI的生成,但并不抑制urea IMI的生成。添加乙酸鈉能部分解除蔗糖對IMI被硝基還原成urea IMI的抑制作用。NADPH抑制了22.2％的ureaIMI生成而NADH

6、不抑制。上述結(jié)果表明蔗糖經(jīng)過HMP途徑產(chǎn)生的NADPH能夠抑制IMI的硝基還原途徑。通過上述研究,本論文認為不同共代謝基質(zhì)控制IMI代謝途徑的機制與共代謝基質(zhì)蔗糖和琥珀酸鈉的胞內(nèi)代謝流有關(guān):若初級能源物質(zhì)經(jīng)由HMP途徑代謝,其代謝過程中產(chǎn)生輔因子為NADPH,NADPH被用于IMI的羥基化,同時NADPH抑制IMI的硝基還原和5-hydroxy IMI脫水生成olefin IMI。若初級能源物質(zhì)經(jīng)由EMP途徑或TCA循環(huán),則不抑制IMI

7、的硝基還原和5-hydroxy IMI的脫水生成olefin IMI。
　　 本文進一步比較了S.maltophilia R551-3與CGMCC1.1788的IMI共代謝差異。以琥珀酸為初級能源物質(zhì),S.maltophilia CGMCC1.1788和R551-3靜息細胞(非生長細胞)的IMI硝基還原途徑(urea IMI的生成)差異不大。S.maltophilia CGMCC1.1788的靜息細胞的IMI降解能力比R551-

8、3高出近一倍,olefin IMI的合成能力是R551-3的8.3倍；S.maltophilia CGMCC1.1788的細胞粗提液喪失了olefin IMI合成能力,而R551-3菌株細胞提取液卻保持了olefin IMI的合成能力。以蔗糖為初級能源物質(zhì),S.maltophiliaCGMCC1.1788靜息細胞的IMI羥基化能力是R551-3的5.6倍；S.maltophilia CGMCC1.1788細胞粗提液的IMI羥基化能力急劇

9、下降,而R551-3的細胞提取液的IMI羥基化能力與完整細胞幾乎相當。以琥珀酸作為碳源,S.maltophilia CGMCC1.1788生長細胞的IMI降解能力要遠高于S.maltophilia R551-3；以蔗糖為碳源,S.maltophilia CGMCC1.1788的生長細胞的IMI羥基化能力比S.maltophilia R551-3高。上述研究表明S.maltophilia R551-3與CGMCC1.1788菌株間存在巨大