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Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 23270热激反应基因表达差异研究

肖水明

   嗜酸氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,A.ferrooxidans)作为微生物冶金的主要菌种,最初应用于低品位铜矿、铀矿的微生物浸出生产,随后拓展至金、锌、钴等多种金属。A.ferrooxidans的微生物浸出活性容易受到各种环境因素的影响,如温度、重金属离子浓度和pH等。该菌最适生长温度为26~30℃,但夏季矿物生物浸堆内部温度普遍高于35℃,同时硫化矿物的微生物浸出是放热反应,靠人工降温来满足细菌的生长温度要求十分困难。高温加之其他环境压力因素影响细菌菌体活性,导致金属的微生物浸出效率不高。因此,开展A.ferrooxidans的耐热性研究对我国的微生物冶金工业具有重要的理论和现实意义。 本研究通过对微生物冶金模式菌A.ferrooxidans ATCC 23270热激前后基因表达谱芯片分析来揭示A.ferrooxidans ATCC 23270热激反应的基因转录水平变化,并采用实时定量PCR(Real-time PCR)方法验证芯片实验结果和计算机生物信息学分析,为阐明A.ferrooxidans ATCC23270热激反应的保护机制,最终通过基因工程手段提高A.ferrooxidans耐热性和高温条件下微生物浸出活性奠定理论与实践基础。 本研究以对数生长期A.ferrooxidans ATCC 23270作42℃热激25min为处理组,同期未经处理,30℃正常培养的A.ferrooxidans ATCC23270为对照组。全基因组DNA表达谱芯片杂交结果显示,占A.ferrooxidans ATCC 23270基因组总预测基因数(n=3217)约14.70%(n=473)的基因发生明显的表达差异(P<0.05)。其中248个基因表现为热激后上调(≥2.0),225个基因表现为热激下调表达(≤0.5)。差异表达的基因涉及蛋白质命运、环境响应、信号转导、物质运输、蛋白质代谢、脂肪代谢、糖代谢,假定蛋白编码等多个功能分类与代谢途径。特别是其中有大量介导蛋白质正确组装、修复和降解的热激蛋白和分子伴侣基因上调表达,且上调表达的程度明显高于其它功能基因的上调倍数。同时,细胞膜蛋白编码基因的差异表达表明细胞可能通过改变细胞膜组分或结构应对环境温度的上升。此外,生物合成部分相关基因表达受抑制,核糖体蛋白,鞭毛蛋白等编码基因下调表达应答环境温度升高。 选取表达谱芯片检测结果中14个热激上调表达基因,包括σ32因子,部分热激蛋白和分子伴侣编码基因,利用Real-time PCR方法对芯片杂交结果进行验证,其中13个基因与芯片结果基本相符,表现出相同的上调表达趋势。通过时间梯度Real-time PCR分析,热激相关基因先随时间(≤40 min)增加呈上调表达,应答环境温度上升变化,随后热激蛋白和分子伴侣基因表达量回落,基本恢复原转录水平以适应新的稳态温度。最后,基于基因的表达上调和计算机的生物信息学分析,预测得到热激诱导上调表达基因上游转录调控位点-35区T-T-T-T-T-T-n-n和-10区n-T-A-T-n-A-T-C序列,这2个保守区域平均间隔约为19 bp。……   
[关键词]:A.ferrooxidans;热激反应;表达谱芯片;Real-time PCR
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:中南大学2008年