嗜盐古菌聚羟基脂肪酸酯生理代谢及调控机制

古菌是与细菌及真核生物并列的生命的第三种形式，是极其重要的微生物资源。古菌生理与代谢研究起步很晚，当前最迫切的要求是针对古菌重要生理代谢过程、依托基因组分析发现相关功能基因、并在分子水平深入研究其作用机制及环境适应机制，为古菌生命特征的认识和生物技术领域的发展提供新的思路。本项目拟以极端嗜盐古菌-地中海富盐菌（Haloferax mediterrane）在特定条件下高效合成重要生物材料-聚羟基脂肪酸酯（Polyhydroxyalkanoate, PHA）这一生理现象为核心，首次系统揭示嗜盐古菌的PHA合成途径，分析其与初级代谢（如糖类、脂肪酸及氨基酸等代谢）网络的偶联机制及对环境因子（如营养物、溶氧、无机盐离子、温度、pH等）的应答机制，并解析嗜盐古菌PHA代谢网络中关键基因及编码蛋白的功能，以期在全局及分子层面深刻认识嗜盐古菌的PHA代谢生理，并为嗜盐古菌的生理性适应机制提供新的知识。

古菌是与细菌及真核生物并列的生命的第三种形式，是极具特色和研究价值的微生物资源。本项目以极端嗜盐古菌在特定条件下高效合成重要生物可降解塑料-聚羟基脂肪酸酯（PHA）这一生理现象为核心，首次系统揭示了嗜盐古菌PHA合成途径及其关键酶系，并在基因组水平探讨了其与初级代谢的偶联机制。重要研究成果包括：1）完成了2株嗜盐古菌PHA生产菌的基因组测序与分析，建立了其基因组高效操作的基因敲除系统；2）发现并解析了嗜盐古菌PHA合成途径中的关键酶如PhaA, PhaB, PhaE，PhaC等，证明由PhaE和PhaC两个亚基组成的PHA合酶在嗜盐古菌中普遍存在，并在系统研究嗜盐菌PHA合酶的基础上提出了III型PHA合酶可分为古菌亚型（IIIA）和细菌亚型（IIIB）的新概念；3）通过蛋白组学技术鉴定了嗜盐古菌PHA颗粒结合蛋白，发现了其重要新型结构蛋白PhaP和重要调控蛋白PhaR，并对相关功能进行了解析；4）发现许多嗜盐古菌均可利用葡萄糖等非相关碳源合成材料性能优良的聚羟基丁酸戊酸共聚酯（PHBV），揭示了嗜盐古菌PHBV重要前体丙酰-CoA合成的4条途径，并首次报道嗜盐古菌可固定CO2进入PHBV；5）通过基因组、转录组及蛋白组分析，探讨了嗜盐古菌PHBV合成与中心代谢、糖代谢、氨基酸代谢及能量代谢的关系；6）建立了嗜盐古菌发酵生产PHA的发酵工艺，并通过敲除嗜盐古菌胞外多糖合成基因簇，成功构建了PHBV合成能力提高的工程菌。7）为未来在基因组水平开展PHA代谢工程研究，还对上述两株嗜盐古菌基因组复制及稳定性等相关问题进行了研究。本研究形成了对嗜盐古菌PHA合成代谢的系统认识，代表了古菌PHA研究领域的国际前沿水平。 . 本研究已发表相关论文15篇，其中SCI论文13篇，申请国家发明专利4项，获授权专利2项。超额完成了项目指标。.