Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 23270熱激反應(yīng)基因表達差異研究.pdf

1、嗜酸氧化亞鐵硫桿菌(Acidithiobacillus ferrooxidans，A.ferrooxidans)作為微生物冶金的主要菌種，最初應(yīng)用于低品位銅礦、鈾礦的微生物浸出生產(chǎn)，隨后拓展至金、鋅、鈷等多種金屬。A.ferrooxidans的微生物浸出活性容易受到各種環(huán)境因素的影響，如溫度、重金屬離子濃度和pH等。該菌最適生長溫度為26～30℃，但夏季礦物生物浸堆內(nèi)部溫度普遍高于35℃，同時硫化礦物的微生物浸出是放熱反應(yīng)，靠人工降溫來

2、滿足細菌的生長溫度要求十分困難。高溫加之其他環(huán)境壓力因素影響細菌菌體活性，導(dǎo)致金屬的微生物浸出效率不高。因此，開展A.ferrooxidans的耐熱性研究對我國的微生物冶金工業(yè)具有重要的理論和現(xiàn)實意義。 本研究通過對微生物冶金模式菌A.ferrrooxidans ATCC 23270熱激前后基因表達譜芯片分析來揭示A.ferrooxidans ATCC 23270熱激反應(yīng)的基因轉(zhuǎn)錄水平變化，并采用實時定量PCR(Real-tim

3、e PCR)方法驗證芯片實驗結(jié)果和計算機生物信息學(xué)分析，為闡明A.ferrooxidans ATCC23270熱激反應(yīng)的保護機制，最終通過基因工程手段提高A.ferrooxidans耐熱性和高溫條件下微生物浸出活性奠定理論與實踐基礎(chǔ)。 本研究以對數(shù)生長期A.ferrooxidans ATCC 23270作42℃熱激25min為處理組，同期未經(jīng)處理，30℃正常培養(yǎng)的A.ferrooxidans ATCC 23270為對照組。全基因

4、組DNA表達譜芯片雜交結(jié)果顯示，占A.ferrooxidans ATCC 23270基因組總預(yù)測基因數(shù)(n=3217)約14.70％(n=473)的基因發(fā)生明顯的表達差異(P<0.05)。其中248個基因表現(xiàn)為熱激后上調(diào)(≥2.0)，225個基因表現(xiàn)為熱激下調(diào)表達(≤0.5)。差異表達的基因涉及蛋白質(zhì)命運、環(huán)境響應(yīng)、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、物質(zhì)運輸、蛋白質(zhì)代謝、脂肪代謝、糖代謝，假定蛋白編碼等多個功能分類與代謝途徑。特別是其中有大量介導(dǎo)蛋白質(zhì)正確組裝

5、、修復(fù)和降解的熱激蛋白和分子伴侶基因上調(diào)表達，且上調(diào)表達的程度明顯高于其它功能基因的上調(diào)倍數(shù)。同時，細胞膜蛋白編碼基因的差異表達表明細胞可能通過改變細胞膜組分或結(jié)構(gòu)應(yīng)對環(huán)境溫度的上升。此外，生物合成部分相關(guān)基因表達受抑制，核糖體蛋白，鞭毛蛋白等編碼基因下調(diào)表達應(yīng)答環(huán)境溫度升高。 選取表達譜芯片檢測結(jié)果中14個熱激上調(diào)表達基因，包括σ032因子，部分熱激蛋白和分子伴侶編碼基因，利用Real-time PCR方法對芯片雜交結(jié)果進行驗

6、證，其中13個基因與芯片結(jié)果基本相符，表現(xiàn)出相同的上調(diào)表達趨勢。通過時間梯度Real-time PCR分析，熱激相關(guān)基因先隨時間(≤40 min)增加呈上調(diào)表達，應(yīng)答環(huán)境溫度上升變化，隨后熱激蛋白和分子伴侶基因表達量回落，基本恢復(fù)原轉(zhuǎn)錄水平以適應(yīng)新的穩(wěn)態(tài)溫度。最后，基于基因的表達上調(diào)和計算機的生物信息學(xué)分析，預(yù)測得到熱激誘導(dǎo)上調(diào)表達基因上游轉(zhuǎn)錄調(diào)控位點-35區(qū)T-T-T-T-T-T-n-n和-10區(qū)n-T-A-T-n-A-T-C序列，這