2021-05-19
隨著現(xian)代工(gong)業(ye)(ye)和(he)農業(ye)(ye)的(de)快速(su)發展，大量工(gong)業(ye)(ye)廢水(shui)的(de)排(pai)放和(he)化肥農藥的(de)殘留引起(qi)了(le)嚴重的(de)水(shui)體和(he)土壤(rang)有機(ji)物污染，不僅破(po)壞生態平衡，也對人們的(de)健(jian)康造成極(ji)大威脅。作(zuo)為自然(ran)生態系統中的(de)“降解者”，許多微生物擁有通過一系列酶促反應，將有機污(wu)染物(wu)徹底分解為CO2和H2O的能(neng)力(li)，這一過(guo)程(cheng)被(bei)稱為有(you)(you)機(ji)污染物的微(wei)生物降解。由于具有(you)(you)降解過(guo)程(cheng)迅速、低(di)碳環保、成本低(di)廉等優勢，微(wei)生物降解有(you)(you)機(ji)物有(you)(you)著(zhu)其(qi)他方法無可比擬(ni)的應用前景。
基于以(yi)上背景，以(yi)細菌(jun)為(wei)代表的(de)微生物降解(jie)機制受到廣泛關注。我們搜索了(le)近年來的(de)派森諾項目(mu)文章(zhang)，從中選(xuan)取了(le)幾篇(pian)有代表性的(de)細菌(jun)生物降解(jie)類文章(zhang)，它們發表在不同(tong)的(de)期(qi)刊，卻(que)無(wu)一例(li)外地都采用(yong)了(le)代謝(xie)組(zu)+基因組+轉錄組的多組學聯合分析手段，并且在研究思路上也具有高度的統一性。我們對這幾篇文章進行了提煉和整理，希望為有此類研究需求的老師提供幫助。
1、甲基桿菌(jun)DM1降解二(er)甲基甲酰胺(an)的分子機(ji)理
文章題目：Molecular Mechanism of N,N-Dimethylformamide Degradation in Methylobacterium sp. Strain DM1
發表期刊：Environmental Microbiology
發表時間：2019年
影(ying)響(xiang)因子：4.016
合(he)作單位(wei)：上海交通大(da)學
技(ji)術手段：代謝(xie)組+基因組+轉錄組
N，N-二甲基甲酰胺(DMF)是常見的通用(yong)溶(rong)劑，用(yong)于化學工業(ye)、制藥和(he)農業(ye)，它很容易排放(fang)到環境中(zhong)，且(qie)難以從廢(fei)水中(zhong)去除，可對(dui)水生(sheng)動物(wu)和(he)人類造(zao)成危害。在過去的30年(nian)中(zhong)，已鑒定到多種(zhong)可降解DMF的細菌，但囿于基因組信息的缺(que)乏，DMF的生(sheng)物(wu)降解分(fen)子機制分(fen)析難以開(kai)展。
本研究從工業區污(wu)染土(tu)壤中鑒定出一(yi)(yi)株甲基(ji)(ji)桿菌(jun)(jun)菌(jun)(jun)株，命(ming)名為DM1，該(gai)菌(jun)(jun)株可以使(shi)用DMF作為碳和(he)氮的唯一(yi)(yi)來源(yuan)。全基(ji)(ji)因(yin)(yin)組(zu)測序顯示它有一(yi)(yi)條(tiao)5.66Mbp的染色體(ti)和(he)一(yi)(yi)條(tiao)200kbp的質(zhi)粒pLVM1。其中，pLVM1特異(yi)性(xing)地含(han)有DMF降(jiang)(jiang)解最(zui)初步驟所必需的基(ji)(ji)因(yin)(yin)，染色體(ti)攜帶促進隨(sui)后的甲基(ji)(ji)營養代謝的基(ji)(ji)因(yin)(yin)。最(zui)后通過對轉錄組(zu)測序數(shu)據的分析，闡明了(le)DMF降(jiang)(jiang)解的完整礦(kuang)化途徑和(he)冗(rong)余(yu)基(ji)(ji)因(yin)(yin)簇。這(zhe)項(xiang)研究提供了(le)DMF生(sheng)物降(jiang)(jiang)解的分子機制(zhi)和(he)進化優勢(shi)的見解，質(zhi)粒pLVM1和(he)菌(jun)(jun)株DM1中的冗(rong)余(yu)基(ji)(ji)因(yin)(yin)促進了(le)DMF降(jiang)(jiang)解，表明新生(sheng)態(tai)類(lei)型的甲基(ji)(ji)桿菌(jun)(jun)的出現。
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2、基因(yin)組(zu)和轉(zhuan)錄(lu)組(zu)分析揭示一(yi)株新型多(duo)菌(jun)靈降(jiang)解菌(jun)紅球菌(jun)CX-1的特性
文章題(ti)目：Characterization of a novel carbendazim-degrading strain Rhodococcus sp. CX-1 revealed by genome and transcriptome analyses
發(fa)表期刊：Science of the Total Environment
發表時(shi)間：2020年
影響(xiang)因子(zi)：6.551
合作單位：浙江大學
技(ji)術(shu)手段：代謝(xie)組(zu)+基因組(zu)+轉錄組(zu)
文章簡介
多菌靈（N-(2-苯并咪唑基(ji))-氨基(ji)甲(jia)酸甲(jia)酯(zhi)）一種廣譜(pu)性殺菌劑，對(dui)多種由真菌引起(qi)的(de)作物(wu)病害有防(fang)治效果，但其藥效殘留的(de)持久(jiu)性和生態(tai)毒性對(dui)環境生態(tai)和人類健康構成了(le)潛(qian)在風險。迄今為止已分離和鑒定了(le)幾種可降(jiang)解多菌靈的(de)菌株，盡管它們(men)降(jiang)解多菌靈的(de)生物(wu)降(jiang)解特(te)性和機(ji)理已被闡明，但與整個代謝途(tu)徑及(ji)其調(diao)控機(ji)制相關(guan)的(de)降(jiang)解基(ji)因的(de)信息很(hen)少。
本研究(jiu)從多菌(jun)(jun)(jun)靈污染(ran)的(de)土壤中分(fen)(fen)(fen)離(li)和(he)(he)鑒定出一株(zhu)紅球菌(jun)(jun)(jun)菌(jun)(jun)(jun)株(zhu)，命名為(wei)(wei)CX-1，該菌(jun)(jun)(jun)株(zhu)能利用(yong)多菌(jun)(jun)(jun)靈作(zuo)為(wei)(wei)唯一碳源和(he)(he)能源。CX-1生物降解(jie)(jie)(jie)(jie)多菌(jun)(jun)(jun)靈的(de)最適溫(wen)度和(he)(he)最適pH值分(fen)(fen)(fen)別為(wei)(wei)40 ℃和(he)(he)7.0，額外的(de)碳源可(ke)以(yi)加速(su)多菌(jun)(jun)(jun)靈的(de)降解(jie)(jie)(jie)(jie)。代謝組分(fen)(fen)(fen)析表明，CX-1可(ke)將多菌(jun)(jun)(jun)靈水解(jie)(jie)(jie)(jie)為(wei)(wei)2-AB，再水解(jie)(jie)(jie)(jie)為(wei)(wei)2-HB，最終礦(kuang)化(hua)(hua)為(wei)(wei)二氧化(hua)(hua)碳。基(ji)(ji)(ji)于(yu)基(ji)(ji)(ji)因組注釋和(he)(he)轉錄組分(fen)(fen)(fen)析，多菌(jun)(jun)(jun)靈的(de)降解(jie)(jie)(jie)(jie)途徑可(ke)能受(shou)染(ran)色體和(he)(he)質(zhi)粒2中降解(jie)(jie)(jie)(jie)基(ji)(ji)(ji)因的(de)調控。對差異(yi)基(ji)(ji)(ji)因進行KEGG和(he)(he)GO富集分(fen)(fen)(fen)析表明，氧化(hua)(hua)還原過(guo)程(cheng)在(zai)多菌(jun)(jun)(jun)靈的(de)降解(jie)(jie)(jie)(jie)中起(qi)著關鍵作(zuo)用(yong)。這(zhe)些結果證實了CX-1在(zai)去除(chu)環(huan)境中的(de)多菌(jun)(jun)(jun)靈或(huo)使其解(jie)(jie)(jie)(jie)毒(du)方面(mian)具有廣闊的(de)應(ying)用(yong)前景。
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3、一種假單胞菌(jun)菌(jun)株通過(guo)側向雙氧途徑獨特地(di)降解(jie)多環(huan)芳烴(jing)和雜環(huan)衍生物
文(wen)章(zhang)題目：A Pseudomonas sp. strain uniquely degrades PAHs and heterocyclic derivatives via lateral dioxygenation pathways
發表期刊：Journal of Hazardous Materials
發表(biao)時間：2020年
影響因(yin)子：9.038
合(he)作單(dan)位：上(shang)海交通(tong)大(da)學
技術手段：代謝(xie)組+基因組+轉錄組
文章簡介
多環(huan)(huan)芳烴(PAHs)是由兩個(ge)或多個(ge)苯環(huan)(huan)組(zu)成的(de)(de)有(you)機污(wu)染物(wu)，如萘(nai)和芴(wu)。雜環(huan)(huan)芳烴是與(yu)其他元(yuan)素組(zu)成環(huan)(huan)結構的(de)(de)化合物(wu)，如二(er)苯并(bing)呋喃(DBF)和二(er)苯并(bing)噻吩(DBT)，它們都是對人類(lei)健康構成嚴(yan)重威脅的(de)(de)有(you)機污(wu)染物(wu)。在過去(qu)20年間已篩選出(chu)一些(xie)能夠利(li)用芴(wu)、DBF或DBT的(de)(de)細(xi)菌，但它們均缺乏獨立(li)利(li)用DBF或DBT的(de)(de)能力，能同時降(jiang)(jiang)解這(zhe)三(san)種底物(wu)的(de)(de)菌株更是少(shao)之又少(shao)。在降(jiang)(jiang)解機制方面，已有(you)研究(jiu)(jiu)表(biao)明(ming)，芴(wu)、DBF、DBT有(you)兩種生物(wu)降(jiang)(jiang)解途(tu)徑(jing)：角向加(jia)氧途(tu)徑(jing)和側向加(jia)氧途(tu)徑(jing)。但相關(guan)基因和酶的(de)(de)研究(jiu)(jiu)仍十(shi)分缺乏。
本研(yan)究(jiu)從(cong)土壤和泥漿中(zhong)分(fen)(fen)離出一株(zhu)十(shi)字花科假單(dan)胞菌(jun)(jun)菌(jun)(jun)株(zhu)，命(ming)名(ming)為(wei)MPDS。該菌(jun)(jun)株(zhu)可以利用萘、芴(wu)、DBF或DBT作為(wei)唯一的(de)碳源。基于代謝組(zu)結果推斷MPDS菌(jun)(jun)株(zhu)通過側加氧途(tu)徑(jing)降(jiang)解(jie)(jie)芴(wu)、DBF和DBT，這與以前的(de)報道(dao)不同。然后通過的(de)基因(yin)(yin)組(zu)和轉錄組(zu)分(fen)(fen)析，發(fa)現了一個萘降(jiang)解(jie)(jie)基因(yin)(yin)簇(cu)，命(ming)名(ming)為(wei)nahAFBCED。對MPDS菌(jun)(jun)株(zhu)和另一種(zhong)DBF降(jiang)解(jie)(jie)菌(jun)(jun)(菌(jun)(jun)株(zhu)FA-HZ1)的(de)比較基因(yin)(yin)組(zu)分(fen)(fen)析揭示了潛(qian)在的(de)DBF降(jiang)解(jie)(jie)基因(yin)(yin)。該研(yan)究(jiu)提供了對萘、芴(wu)、DBF和DBT生(sheng)物(wu)降(jiang)解(jie)(jie)過程中(zhong)分(fen)(fen)子(zi)機(ji)制的(de)進一步理解(jie)(jie)，并(bing)將有利于污染環(huan)境的(de)生(sheng)物(wu)修復(fu)。
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通過(guo)以上三篇文(wen)獻，我們(men)可以大致總結出這(zhe)類細菌生物降解(jie)文(wen)章的基本“套路”：
1、首先通過(guo)菌種(zhong)鑒定(ding)確認(ren)分(fen)離出的(de)菌株屬(shu)于哪一物種(zhong)，再通過(guo)不同(tong)溫度、底物濃度、酸堿度等(deng)培養(yang)條(tiao)件確認(ren)該菌株對某(mou)一、或某(mou)類有機物的(de)最佳降解條(tiao)件，以評(ping)估其降解能力；
2、代謝組(zu)：鑒(jian)定菌(jun)株在(zai)降(jiang)解目標有機物時的中間產物，在(zai)對該有機物的生化反應(ying)有充分了解的基礎(chu)上，可初步推(tui)測該菌(jun)株的生物降(jiang)解途(tu)徑；
3、基(ji)因(yin)組：一方面(mian)提(ti)供(gong)該菌(jun)株(zhu)的(de)基(ji)因(yin)組組裝和注釋信息，作(zuo)為轉錄組分析(xi)的(de)參(can)考基(ji)因(yin)組；一方面(mian)也可與已知基(ji)因(yin)組的(de)類似(si)菌(jun)株(zhu)聯合進行比較基(ji)因(yin)組分析(xi)；
4、轉錄組：通(tong)過(guo)檢測(ce)處理(li)組（菌株+目標有機物培養(yang)基）和對(dui)照組（菌株+空白培養(yang)基）的差異(yi)基因，并對(dui)其做進一步的生信(xin)分(fen)析(xi)，如聚類分(fen)析(xi)和富集分(fen)析(xi)，最(zui)終明確和完善(shan)該菌株的生物降解(jie)途徑。
本研究的轉錄組測序和數據分析工作由上海派(pai)森諾(nuo)生物(wu)科技有限公司完成。
