盐胁迫促进地衣芽胞杆菌高效合成聚γ-谷氨酸的代谢机制

聚γ-谷氨酸(γ-PGA)主要是由芽胞杆菌产生的一种生物可降解高分子聚合物，可广泛用于工业、环保、农业、医药等领域。以具有自主知识产权的γ-PGA高产专利菌株- - 地衣芽胞杆菌WX-02为实验菌株，通过分析比较WX-02对数生长前期（无盐胁迫）、盐适应期、盐适应后的γ-PGA合成恢复期的转录组和胞内蛋白质组，以及实时定量反转录PCR技术验证，筛选出盐胁迫影响WX-02高效合成?γ-PGA的关键基因和关键蛋白；转录水平或蛋白质水平（酶活测定）分析所构建的关键基因强化和缺失/回补等系列重组菌株，确证该关键基因在盐胁迫影响WX-02高效合成γ-PGA的功能作用。本项目将从转录组水平和蛋白质组水平揭示盐胁迫促进地衣芽胞杆菌高效生物合成γ-PGA的代谢机制，为获得代谢调控地衣芽胞杆菌高效生物合成γ-PGA和构建高效合成γ-PGA重组菌株提供新策略。

聚γ-谷氨酸(γ-PGA)主要是由芽胞杆菌产生的一种生物可降解高分子聚合物，可广泛用于工业、环保、农业、医药等领域。以具有自主知识产权的γ-PGA高产专利菌株WX-02为实验菌株，通过比较WX-02在盐胁迫下的转录组和胞内蛋白质组，以及实时定量反转录PCR技术验证，筛选出盐胁迫影响WX-02高效合成γ-PGA的关键基因和关键蛋白，并构建系列重组菌株，确证该关键基因在盐胁迫下的功能作用。具体结果如下：.（1）通过对WX-02基因组重测序，以及结合特意链转录组分析，WX-02基因组大小为4,286,821bp，4233个表达基因，871个操纵子结构。.（2）分析 WX-02 在ME 培养基中盐胁迫前（11h）、盐适应期（22h）、盐适应后γ-PGA 合成恢复期（33h）的发酵过程特征。.（3）采用2D电泳技术分析盐胁迫前后胞内蛋白质组，MALDI-TOF/TOF 质谱鉴定了其中的109个蛋白差异点，发现盐胁迫导致脯氨酸合成、生物素合成、能量代谢、嘌呤代谢、葡萄糖转运及EMP途径、丁二醇合成等蛋白表达上调。转录组数据分析发现，盐胁迫提高与谷氨酸和脯氨酸合成及转运相关基因表达量，能量代谢和碳代谢表达上调。.（4）通过RT-Q-PCR验证，WX-02合成rocG基因，pgsB和pgsA均呈盐胁迫上调表达的趋势。糖酵解途径受到了盐胁迫的抑制，三羧酸循环得到显著加强。.（5）以WX-02为对象，考察与谷氨酸合成相关的系列相关基因功能，其中，rocG基因强化株的γ-PGA产量提高，其rocG基因转录量为原始菌株的1.54倍；考察异柠檬酸裂解酶基因功能，其强化和缺失菌株的γ-PGA产量分别为WX-02的115%和66.8%，强化菌株的aceA转录量提高了2.6倍。.本项目从转录组和蛋白质组水平揭示了盐胁迫促进地衣芽胞杆菌高效合成γ-PGA的代谢机制，为研究逆境胁迫对微生物代谢的调控机制提供借鉴，同时为获得代谢调控地衣芽胞杆菌高效合成γ-PGA和构建高效合成γ-PGA重组菌株提供了新策略。