呋喃类难降解有机污染物的降解菌与共生菌互作抗逆机制研究

Refractory organic compound furans are widely used in every field, and cause severe pollution in the environment because of their persistence. Microbial remediation is one of the important methods to control the pollution. Compared to the reduced efficiency of microbial remediation due to complexity of environmental condition and limitation of degrading-microorganism growth, through microbial cooperation to relieve environmental stress and improve remediation efficiency was an effective method. Applicants isolated a natural microbial consortium constituted by tetrahydrofuran-degrading strain Rhodococcus sp. YYL and its symbiotic non-tetrahydrofuran-degrading strain Bacillus cereus HZX, and the consortium can raise tetrahydrofuran degradation efficiency under stress condition such as low pH. With the generality of microbial cooperation, the project plan to focus on the microbial consortium composed of refractory organic compound furans degrading bacteria and its symbiotic bacteria, by observing the interactions of microbial consortium, monitoring the variation of gene expression and metabolites change, and clarifying the function of related genes, with the help of biochemical, molecular and omics analysis methods to illuminate the cooperation molecular mechanisms to resist environmental stress, and explore the universal suitability of cooperation mechanism. This study will lay a foundation for the efficiency improvement of microbial remediation for furans under environmental stress by artificial constructed microbial consortium.

呋喃类难降解有机物广泛应用于工农业各领域，严重污染生态环境。微生物修复是重要的治理方法之一，而环境条件的复杂性及降解菌株生长条件的局限性致生物修复效率不稳定，利用菌群互作缓解胁迫压力以提高功能菌降解效率不失为一种有效方法。申请人分离了由四氢呋喃（THF）降解菌Rhodococcus sp. YYL和非降解共生菌Bacillus cereus HZX自然形成的复合菌群，其在不适宜pH等逆境条件下能明显提高THF降解效率。基于微生物间互作现象的普遍性，本项目拟以呋喃类难降解有机物降解菌与共生菌构建的复合菌群为研究对象，结合生化、分子生物学与组学分析手段，观察菌株互作模式，监测菌株互作过程中基因表达及代谢物质变化情况，明确相关基因功能，阐明底物降解菌与共生菌对抗环境胁迫的分子机制，并对互作方式的普适性进行探究。为人工构建复合菌群提高逆境条件下呋喃类难降解有机物的生物修复效率奠定理论基础。

呋喃类难降解有机物广泛应用于工农业各领域，严重污染生态环境。四氢呋喃（Tetrahydrofuran, THF）作为呋喃类化合物的典型代表，其微生物降解受到广泛关注。目前THF降解的分子机制尚未明确，且实际修复环境的复杂性和菌株生长条件的局限性常导致生物修复效率偏低。复合菌群可通过菌株之间的相互作用抵抗胁迫环境提高污染物降解效率，具有潜在的实际应用价值。本项目针对THF降解和菌株互作过程中的关键科学问题，主要围绕THF降解菌和降解菌群资源的挖掘、THF降解的分子机制、环境胁迫下THF降解菌与非降解菌互作机制、天然营养缺陷型降解菌进化机制以及人工复合菌群的构建等方面开展研究。在THF降解功能微生物与功能基因、THF降解途径、低pH和Cu2+胁迫下降解菌与非降解菌互作机制、硫胺素营养缺陷型降解菌与互作菌合作竞争机制以及人工复合菌群的构建等方面取得新认识，完成了项目计划的任务。目前已在学术刊物上发表论文20篇，其中SCI论文19篇，应邀在国际和国内学术会议上作大会报告6次（其中，国际会议报告2次，全国性会议大会报告2次）。项目开展以来，3名博士后和9名博士及硕士研究生参加了项目研究工作；先后与加州大学戴维斯分校、爱沙尼亚塔尔图大学、爱丁堡大学、比勒菲尔德大学、东京大学和西湖大学等科研机构国内外同行专家开展学术交流与合作，项目组成员被派出澳门大学开展短期交流访问3人次。目前，本项目已按计划完成。