南极乔治王岛土壤中产蛋白酶细菌和胞外蛋白酶的多样性以及细菌新种属和新型适冷蛋白酶资源

Antarctic environments are extreme with a permanently low temperature. Microorganisms surviving in these environments have particular adaptation mechanisms, with a high diversity of species, genes and ecological functions. Antarctic microorganisms have been international hot topic for years. There are tremendous microorganisms in Antarctic soils, which play an important role in the biogeochemical cycle. However, there’s little research on the degradation of oganic nitrogen in Antarctic soils. King George Island, which is located in the maritime Antarctic region, with a good soil development, is an ideal area for studying microoganisms in Antarctic soils. In this research, we will isolate protease-producing bacteria from the soil samples collected from several typic habitats in King George Island to study the diversity of the protease-producing bacteria and their distribution pattern in different sites. The phylogenetic taxonomy of the strains which are suspected to be novel species or genus will be investigated to discover taxon of novel species or genus. One or two proteases with novel amino acid sequences or novel catalytic properties will be discovered and identified, moreover, their enzymatic properties and catalytic mechanism will be studied. This study would not only offer an important theoretical basis for the mechanisms of oganic nitrogen degradation and nitrogen cycling in Antarctic soils but also discover some novel species and proteases to promote the exploration of Antarctic microbial resources.

南极地区的微生物长期适应极端的常年寒冷等特殊环境，形成了各种代谢水平和分子水平的适应机制。南极微生物资源的调查研究一直是国际上高度关注的问题。南极土壤中存在的大量微生物在物质循环中起着极其重要的作用，但是目前对于南极土壤中有机氮的降解研究仍然十分薄弱。乔治王岛位于南极海洋性气候区域，土壤发育较好，是研究南极土壤微生物的理想区域。本项目拟在采集自乔治王岛的几种典型土壤中分离产蛋白酶细菌，研究该区域产蛋白酶细菌的多样性；研究这些菌株所分泌的蛋白酶的多样性及其在不同位点的分布规律；对疑似细菌新种、属菌株进行系统分类学鉴定，建立数个细菌新属、种等新的分类单元；发现1-2个具有新的氨基酸序列或新的催化特性的适冷蛋白酶，并研究其酶学性质及其对底物的降解机制。该研究不仅为阐明极地土壤中的有机氮降解和氮循环机制奠定基础，还将丰富我国极地微生物资源和蛋白酶资源，推动我国对极地微生物资源的开发和利用。

南极地区的微生物长期适应常年极端寒冷等特殊环境，形成了各种代谢水平和分子水平的适应机制。南极微生物资源一直是国际上高度关注的问题。南极土壤中存在的大量微生物在物质循环中起着极其重要的作用，目前对于南极土壤中有机氮的降解研究十分薄弱。本项目围绕南极土壤中产蛋白酶细菌的多样性、分类以及蛋白酶多样性的问题，取得了系列研究结果：（1）在采集自长城站附近的20个土壤样品中分离到产蛋白酶细菌235株，分别属于拟杆菌门（Bacteroidetes）、变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）和异常球菌-栖热菌门（Deinococcus-Thermus）五个门，在属的水平上，Arthrobacter（14.9%），Chryseobacterium（14.5%），Flavobacterium（14.5%）和Pseudomonas（14.5%）是优势属；（2）共分离到疑似细菌新物种5株，已完成2株细菌新物种的多相分类学鉴定；（3）通过底物分析实验和抑制剂实验发现，南极土壤中的产蛋白酶菌株分泌的蛋白酶可能属于不同种类的丝氨酸蛋白酶和金属蛋白酶，它们对不同的底物有着不同的降解能力；（4）通过对平板上显示活性较高的菌株进行发酵条件优化，得到一个弹性蛋白酶活性、产量较高的菌株Polaromonas sp. A6-4，并对其进行发酵、纯化，目前实验正在进一步进行。上述研究结果丰富了我国南极微生物资源和蛋白酶资源，为今后的研究工作提供了材料，并为阐明极地土壤中的有机氮降解和氮循环机制奠定了一定的基础。