嗜酸氧化亞鐵硫桿菌ATCC23270堿激反應的全基因組表達譜研究.pdf

1、嗜酸氧化亞鐵硫桿菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,A.ferrooxidans)作為一種嗜酸浸礦微生物,最適pH值在2.0左右。工業(yè)實踐證明,堿性脈石的影響使這種高酸性環(huán)境很難維持,從而嚴重影響嗜酸氧化亞鐵硫桿菌的浸礦效率。因此,探索如何馴化這種嗜酸性浸礦微生物具有極其現(xiàn)實的價值,而從全基因組層面上研究其應對堿刺激的表達調(diào)控機制顯然具有重要的理論指導意義。本研究根據(jù)已經(jīng)公布的A.ferrooxidans

2、ATCC 23270的全基因組序列構(gòu)建了其全基因組芯片。通過該芯片來分析冶金模式菌A.ferrooxidansATCC 23270堿激反應時的全基因組表達圖譜,來揭示A.ferrooxidansATCC 23270應對堿激反應時在全基因組水平上的表達調(diào)控網(wǎng)絡動態(tài),從而探索其抵抗環(huán)境壓力機制。本研究有效地構(gòu)建了A.ferrooxidans ATCC 23270全基因組芯片,該芯片包含了A.ferrooxidans ATCC 23270大約

3、97％的基因序列信息;此芯片的最佳雜交溫度為45℃;并通過五個功能基因(Sulfide-quinonereductase,Cytochrome C.Iron oxidase,Mercuric resistance protein,Nitrogenase iron protein)的雜交,顯示了此芯片探針具備很好的特異性。此外,通過基因芯片對A.ferrooxidans ATCC23270在硫和鐵培養(yǎng)條件下的功能表達差異性檢測,證明了該芯

4、片能有效地進行基因表達譜的研究;通過靈敏度分析,當基因組DNA濃度達到100ng時,信號值達到飽和,并且信號值與DNA濃度間具有很強的線性關(guān)系(r~2=0.977和0.992)。結(jié)果表明,此芯片具備很好的特異性、靈敏度與定量性能足以從全基因組水平上進行A.ferrooxidans ATCC 23270的基因表達譜研究。本研究以對數(shù)生長期A.ferrooxidans ATCC 23270(以2 mol/L KOH溶液將pH從1.58上調(diào)至

5、3.00)作堿激10、20、40、80、160min為處理組,同期未經(jīng)處理,正常培養(yǎng)的A.ferrooxidans ATCC 23270為對照組。全基因組DNA表達譜芯片雜交結(jié)果顯示,160min持續(xù)發(fā)生明顯差異的基因個數(shù)達到600個,占差異表達總基因數(shù)的19.16%,其中在160min持續(xù)上調(diào)的基因達297個,占總上調(diào)基因個數(shù)的9.48%,160min持續(xù)下調(diào)基因有174個,占總下調(diào)基因個數(shù)的5.56%。針對堿激10min時的基因表達

6、情況進行差異倍數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果顯示,A.ferrooxidans ATCC 23270在堿激10min時,共有1217個相關(guān)基因表達發(fā)生明顯差異變化,占全基因組芯片探針總數(shù)(3132)的約38.8%,其中969個為堿激后上調(diào)表達,248個為堿激后下調(diào)表達。上調(diào)和下調(diào)基因在變異倍數(shù)的分布上的差異明顯,大部分的上調(diào)基因(74.82%)上調(diào)倍數(shù)處于2~3倍,而約78.23%的下調(diào)基因下調(diào)倍數(shù)大于10倍,大量基因能在10min內(nèi)作出應答。數(shù)據(jù)統(tǒng)計分

7、析顯示,差異表達的基因則主要涉及到細胞膜、能量代謝、DNA代謝、轉(zhuǎn)運與結(jié)合蛋白、細胞處理、調(diào)節(jié)作用、蛋白質(zhì)命運與合成等多個方面功能和代謝途徑。并且,編碼細胞膜、轉(zhuǎn)運與結(jié)合蛋白、細胞處理、調(diào)節(jié)作用的基因顯著上調(diào),這與熱激、冷激、鹽激都很相似;編碼能量代謝的基因也明顯上調(diào),這與熱激、鹽激相似,與冷激相反;編碼假定蛋白或未知功能的蛋白的基因中,上調(diào)與下調(diào)的基因數(shù)基本相同,這與其他刺激效果也很相似。同時,選取表達譜芯片檢測結(jié)果中5個堿激上調(diào)表達