中南大学资源加工与生物工程学院 生物冶金教育部重点实验室 长沙 410083)
摘 要: 本文利用RT-PCR方法从转录水平上分别对A. ferrooxidans ATCC 23270基因组中可能编码硫酸盐-硫代硫酸盐结合蛋白基因sbp、膜结合硫代硫酸盐-辅酶Q氧化还原酶基因doxDA以及类硫氰酸酶基因p21等开放阅读框所在的基因座之间的联系进行了鉴定和分析, 结果表明它们分别从属于预测的doxDA-1操纵元和doxDA-2操纵元。在此基础上, 本文对doxDA操纵元的可能启动子序列也进行了预测和分析。
关键词: 嗜酸氧化亚铁硫杆菌, doxDA操纵元, 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
近年来由于金属硫化矿生物浸出对资源利用的重要性以及金属硫化矿废堆酸性渗流液引起的环境问题, 有关金属硫化矿生物氧化和生物浸出机制的研究引起了相关科学工作者的重视。目前, 对重要的硫化矿生物浸出功能菌嗜酸氧化亚铁硫杆菌(A. ferrooxidans)为代表的嗜酸硫杆菌属的能量代谢机制方面的研究最为广泛和深入[1]。嗜酸氧化亚铁硫杆菌是一种硫杆菌属化能自养菌, 属于革兰氏阴性细菌, 好氧嗜酸, 主要生长在pH 1~3 的环境中, 是迄今已报道的20多种浸矿细菌中研究最多的浸矿细菌。浸矿酸性环境中, A. ferrooxidans 在有氧条件下依靠Fe2+、金属硫化矿分解产生的元素硫以及其它各种还原性硫化物氧化来提供生长能量, 促进嗜酸硫氧化细菌自身生长; 同时维持浸矿环境中金属离子不断浸出所需要的高铁离子和质子[2,3]。相对于亚铁氧化系统[4], 硫氧化系统更加复杂, 相关研究还有许多悬而未决的问题。
嗜酸硫氧化细菌对元素硫的氧化是一个错综复杂的过程。在该过程中, 细菌的胞外物质介导着细菌对元素硫的吸附, 细菌外膜蛋白进而将吸附硫转运到细胞周质空间, 元素硫经过一系列生物氧化途径, 最终被氧化为硫酸根离子, 并被释放至胞外介质中。对A. ferrooxidans ATCC 23270全基因组基因功能注释(www.tigr.com)分析发现, 没有与元素硫氧化系统相关的功能基因的详细注解。尽管人们对硫还原功能基因以及硫还原途径有了较深入的了解, 但至今对硫生物氧化途径的了解仍然是零星和不完整的(http://biocyc.org)。
Ramírez P等[5]研究A. ferrooxidans在不同能量基质中生长的细菌的双向电泳蛋白质差异展示时发现, 在元素硫基质中生长的细菌细胞体内有一类硫氰酸酶P21高度表达, 而该蛋白质在亚铁基质中几乎没有表达。并推测该类硫氰酸酶P21位于细胞周质空间中。对p21基因所在基因座进行分析, 发现p21基因前后存在一些和硫氧化相关的可能的开放阅读框(ORF), 编码诸如类硫酸盐-硫代硫酸盐结合蛋白(sulfate-thiosulfate-molybdate binding proteins: SBP-1 和 SBP-2)的sbp-1和sbp-2、编码膜结合类硫代硫酸盐-辅酶Q氧化还原酶 (thiosulfate: quinone oxidoreductase:TQO-1 和TQO-2) 的doxDA-1和doxDA-2 等开放阅读框。推测这些基因的编码产物和硫氧化有密切关系。在高通量的生物芯片研究亚铁氧化和硫氧化的结果中也验证p21所在基因座中的上述一些ORF和硫氧化相关, 在硫氧化基质中的表达水平相对于在亚铁基质中的表达水平成显著性增加[6], 由于它们在A. ferrooxidans基因组中依次排列, 预测这些基因在转录时属于共转录, 分别属于预测的doxDA-1操纵元和doxDA-2操纵元。本文在已有研究结果的基础上, 利用RT-PCR方法从转录水平上分别鉴定了p21基因所在的doxDA-1操纵元, 以及和doxDA-1操纵元在编码顺序上相对的doxDA-2操纵元, 并利用生物信息学的知识对doxDA操纵元可能的启动子序列进行了预测和分析。
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