藍藻中克隆出2-MIB生物合成相關基因
日期：2011-04-19 08:16:59
4月7日中國科學院水生所李仁輝課題組的研究人員在國際著名期刊美國《公共科學圖書館—綜合》（PLoS ONE）上發(fā)表了題為“Genes Associated with 2-Methylisoborneol Biosynthesis in Cyanobacteria: Isolation, Characterization, and Expression in Response to Light”的研究論文。該研究得到了國家基礎研究973計劃，國家重大科技水專項和中科院“百人計劃”等項目的資助。
具土霉味的萜類化合物2-MIB（2-甲基異茨醇）和Geosmin(土腥素)被認為是引起各種淡水水體異味問題的主要原因。自然界中多種微生物（主要是藍藻、鏈霉菌和真菌等）可以通過次生代謝合成和釋放這類化合物。隨著全球富營養(yǎng)化的加重，藍藻水華頻繁爆發(fā)，由此引起的異味問題和毒素問題極大的降低了自然和飲用水體的安全性。作為富營養(yǎng)化水體中重要的生物類群，藍藻和放線菌通常被認為是異味物質合成和釋放的主要生物類群。近年來，放線菌和藍藻的Geosmin生物合成機制、放線菌2-MIB的合成機制已經(jīng)相繼被闡明，控制其合成的基因也獲得鑒定，而藍藻的2-MIB合成基因尚未克隆鑒定。在此背景下，藍藻合成2-MIB的分子基礎引起了研究者的關注。
在中科院水生生物研究所李仁輝研究員的指導下，博士研究生王中杰等利用PCR技術成功從兩株產2-MIB的藍藻（Pseudanabaena sp. 和 Planktothricoids raciborskii）中克隆了2-MIB生物合成相關基因。一個SAM依賴性甲基轉移酶基因和一個單萜環(huán)化酶基因通過連續(xù)的兩步催化將前體物GPP（geranyl pyrophosohate）轉化為2-MIB：GPP的甲基化和隨后的環(huán)化反應。這兩個基因位于兩個預測的環(huán)化核苷酸結合蛋白基因（Crp-Fnr調控家族）之間并與這兩個基因形成了一個操縱子結構。序列相似性分析表明，藍藻和放線菌的2-MIB相關基因具有相對較高的相似度和同源性。不同生物類群單萜環(huán)化酶基因motif位點的比較和基因的排列順序比較的結果顯示2-MIB相關基因在進化過程中可能發(fā)生了基因間的重組。系統(tǒng)分析表明，藍藻的2-MIB基因可能來源于放線菌，但是在進化的過程中形成了不同的進化路線。基因表達結果顯示光照強度是2-MIB轉錄調節(jié)的一個關鍵的環(huán)境因子，低光強促進基因轉錄而高光強抑制轉錄。在藍藻中克隆2-MIB合成基因將有利于其異味物質形成的研究和分子監(jiān)測、預警方法的建立。
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