中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院 生物冶金教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 長(zhǎng)沙 410083)
摘 要: 本文利用RT-PCR方法從轉(zhuǎn)錄水平上分別對(duì)A. ferrooxidans ATCC 23270基因組中可能編碼硫酸鹽-硫代硫酸鹽結(jié)合蛋白基因sbp、膜結(jié)合硫代硫酸鹽-輔酶Q氧化還原酶基因doxDA以及類硫氰酸酶基因p21等開(kāi)放閱讀框所在的基因座之間的聯(lián)系進(jìn)行了鑒定和分析, 結(jié)果表明它們分別從屬于預(yù)測(cè)的doxDA-1操縱元和doxDA-2操縱元,。在此基礎(chǔ)上, 本文對(duì)doxDA操縱元的可能啟動(dòng)子序列也進(jìn)行了預(yù)測(cè)和分析,。
關(guān)鍵詞: 嗜酸氧化亞鐵硫桿菌, doxDA操縱元, 硫氧化
Characterization of the doxDA Operons of Acidithiobacillus ferrooxidans
ZHANG Cheng-Gui PENG An-An LUO Yan-Jie ZHANG Rui-Yong
XIA Jin-Lan* QIU Guan-Zhou
(Key Laboratory of Biometallurgy of Ministry of Education of China, School of Resources Processing and Bioengineering, Central South University, Changsha 410083)
Abstract: Reverse transcriptase-PCR experiments suggest that the two clusters of genes potentially involved in the oxidation of reduced sulfur compounds are organized as operons in strain of the acidophilic, chemoli-thoautotrophic bacterium Acidithiobacillus ferrooxidans ATCC 23270, the two clusters of genes including such the ORF of putative sulfate-thiosulfate-molybdate binding proteins, the ORF of putative thiosulfate: quinone oxidoreductase and the ORF of the rhodanese-like protein (P21). Bioinformatic analyses have pre-dicted the possible promoters sequences and the possible +1 start site of transcription for the doxDA op-erons.
Keywords: Acidithiobacillus ferrooxidans, doxDA operons, Sulfur oxidation
近年來(lái)由于金屬硫化礦生物浸出對(duì)資源利用的重要性以及金屬硫化礦廢堆酸性滲流液引起的環(huán)境問(wèn)題, 有關(guān)金屬硫化礦生物氧化和生物浸出機(jī)制的研究引起了相關(guān)科學(xué)工作者的重視。目前, 對(duì)重要的硫化礦生物浸出功能菌嗜酸氧化亞鐵硫桿菌(A. ferrooxidans)為代表的嗜酸硫桿菌屬的能量代謝機(jī)制方面的研究最為廣泛和深入[1],。嗜酸氧化亞鐵硫桿菌是一種硫桿菌屬化能自養(yǎng)菌, 屬于革蘭氏陰性細(xì)菌, 好氧嗜酸, 主要生長(zhǎng)在pH 1~3 的環(huán)境中, 是迄今已報(bào)道的20多種浸礦細(xì)菌中研究最多的浸礦細(xì)菌,。浸礦酸性環(huán)境中, A. ferrooxidans 在有氧條件下依靠Fe2+、金屬硫化礦分解產(chǎn)生的元素硫以及其它各種還原性硫化物氧化來(lái)提供生長(zhǎng)能量, 促進(jìn)嗜酸硫氧化細(xì)菌自身生長(zhǎng); 同時(shí)維持浸礦環(huán)境中金屬離子不斷浸出所需要的高鐵離子和質(zhì)子[2,3]。相對(duì)于亞鐵氧化系統(tǒng)[4], 硫氧化系統(tǒng)更加復(fù)雜, 相關(guān)研究還有許多懸而未決的問(wèn)題,。
嗜酸硫氧化細(xì)菌對(duì)元素硫的氧化是一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的過(guò)程,。在該過(guò)程中, 細(xì)菌的胞外物質(zhì)介導(dǎo)著細(xì)菌對(duì)元素硫的吸附, 細(xì)菌外膜蛋白進(jìn)而將吸附硫轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞周質(zhì)空間, 元素硫經(jīng)過(guò)一系列生物氧化途徑, 最終被氧化為硫酸根離子, 并被釋放至胞外介質(zhì)中。對(duì)A. ferrooxidans ATCC 23270全基因組基因功能注釋(www.tigr.com)分析發(fā)現(xiàn), 沒(méi)有與元素硫氧化系統(tǒng)相關(guān)的功能基因的詳細(xì)注解,。盡管人們對(duì)硫還原功能基因以及硫還原途徑有了較深入的了解, 但至今對(duì)硫生物氧化途徑的了解仍然是零星和不完整的(http://biocyc.org),。
Ramírez P等[5]研究A. ferrooxidans在不同能量基質(zhì)中生長(zhǎng)的細(xì)菌的雙向電泳蛋白質(zhì)差異展示時(shí)發(fā)現(xiàn), 在元素硫基質(zhì)中生長(zhǎng)的細(xì)菌細(xì)胞體內(nèi)有一類硫氰酸酶P21高度表達(dá), 而該蛋白質(zhì)在亞鐵基質(zhì)中幾乎沒(méi)有表達(dá)。并推測(cè)該類硫氰酸酶P21位于細(xì)胞周質(zhì)空間中,。對(duì)p21基因所在基因座進(jìn)行分析, 發(fā)現(xiàn)p21基因前后存在一些和硫氧化相關(guān)的可能的開(kāi)放閱讀框(ORF), 編碼諸如類硫酸鹽-硫代硫酸鹽結(jié)合蛋白(sulfate-thiosulfate-molybdate binding proteins: SBP-1 和 SBP-2)的sbp-1和sbp-2,、編碼膜結(jié)合類硫代硫酸鹽-輔酶Q氧化還原酶 (thiosulfate: quinone oxidoreductase：TQO-1 和TQO-2) 的doxDA-1和doxDA-2 等開(kāi)放閱讀框。推測(cè)這些基因的編碼產(chǎn)物和硫氧化有密切關(guān)系,。在高通量的生物芯片研究亞鐵氧化和硫氧化的結(jié)果中也驗(yàn)證p21所在基因座中的上述一些ORF和硫氧化相關(guān), 在硫氧化基質(zhì)中的表達(dá)水平相對(duì)于在亞鐵基質(zhì)中的表達(dá)水平成顯著性增加[6], 由于它們?cè)贏. ferrooxidans基因組中依次排列, 預(yù)測(cè)這些基因在轉(zhuǎn)錄時(shí)屬于共轉(zhuǎn)錄, 分別屬于預(yù)測(cè)的doxDA-1操縱元和doxDA-2操縱元,。本文在已有研究結(jié)果的基礎(chǔ)上, 利用RT-PCR方法從轉(zhuǎn)錄水平上分別鑒定了p21基因所在的doxDA-1操縱元, 以及和doxDA-1操縱元在編碼順序上相對(duì)的doxDA-2操縱元, 并利用生物信息學(xué)的知識(shí)對(duì)doxDA操縱元可能的啟動(dòng)子序列進(jìn)行了預(yù)測(cè)和分析。
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