吉林克雷伯氏菌对氯嘧磺隆高效降解功能基因的研究

发布时间：2020-05-12 15:27

【摘要】：氯嘧磺隆是一种超高效的磺酰脲类除草剂,主要用于防除大豆田阔叶杂草。但由于其残效长,且对多种后茬作物药害强,降解环境中的氯嘧磺隆就显得格外重要。研究表明,自然环境中氯嘧磺隆的主要降解途径是微生物降解,因此分离筛选氯嘧磺隆降解菌,研究氯嘧磺隆的生物降解机理逐渐成为了研究的热点。吉林克雷伯氏菌Klebsiella jilinsis 2N3是一株能以除草剂氯嘧磺隆为单氮源生长并高效降解氯嘧磺隆的革兰氏阴性细菌,在适宜条件下,其对氯嘧磺隆的降解率可以高达92.5%。另外,2N3对其他磺酰脲类除草剂甲磺隆、苯磺隆、砜嘧磺隆、胺苯磺隆、烟嘧磺隆也有一定降解能力。为了能帮助获取吉林克雷伯氏菌2N3降解氯嘧磺隆的关键功能基因,深入研究其降解机制,本研究对2N3进行了全基因组测序以及菌株在含有和不含有氯嘧磺隆的差异条件下的转录组测序。基因组测序通过PacBio第三代高通量测序进行,得到了高质量无间断的总长为5.33Mb的全基因组信息。分析表明全基因组的GC含量为42.69%,预测编码基因有2711个,并通过GO,NR,KEGG,COG等数据库的比对分析完成了基本的基因功能注释。依据测序数据进行分析,预测了Kj-mhpC-2096和Kj-mhpC-2289两个水解酶基因可能参与了氯嘧磺隆的生物降解过程。而通过转录组测序,得到了30个在三组重复比对中均上调的基因,其中Kj-eitD-2267、Kj-kdpD-226以及Kj-dxs-398被预测为与氯嘧磺隆降解相关的基因。通过敲除上述基因,并检验突变体对氯嘧磺隆的降解能力是否发生改变,初步验证了这些基因的功能,其中水解酶基因Kj-mhpC-2096和转酮醇酶基因Kj-dxs-398的缺失突变体对氯嘧磺隆的降解速度明显降低,降解率相对野生型降低约10%,初步证明了Kj-mhpC-2096和Kj-dxs-398两个基因参与了吉林克雷伯氏菌对氯嘧磺隆的降解。
【图文】：

磺酰脲类除草剂

草剂是当前全世界使用量最大的除草剂之一，该类除草剂末期，1978 年杜邦公司的 G.Levitt 等首次报道磺酰脲类化磺酰脲类除草剂氯磺隆（chlorsulfuron）问世，推动除草类除草剂具有超高活性和低剂量，低毒性，高选择性，对环多年生杂草防止效果良好，被广泛的应用于防除水田，，大菜田，草坪以及其他非耕地杂草[2]。已商品化的磺酰脲类国常用的磺酰脲了除草剂有噻吩磺隆、苯磺隆、酰嘧磺隆磺酯、氟唑磺隆、苄嘧磺隆、吡嘧磺隆、醚磺隆、乙氧嘧、烟嘧磺隆、砜嘧磺隆、甲酰氨黄隆、氯嘧磺隆、甲嘧磺除草剂的化学结构草剂的化学结构主要由三部分构成，即一个脂肪族基团、基团（常为三嗪或嘧啶基团），以及连接两部分的脲桥[5-6

酶促反应,除草剂,噻吩磺隆,发生剂

发生降解[35]。酶促反应中的降解酶，以及编，因此相关研究广受关注。酶促反应还包括酶原本的底物与污染物相似；（3）广谱性酶类除草剂的降解机理类除草剂主要是通过酶促反应完成，其中主、氧化等作用使磺酰脲类除草剂的脲桥发生剂（如氯嘧磺隆、噻吩磺隆、甲磺隆等），嘧磺隆为例，见图 1.4 和 1.5。
【学位授予单位】：吉林农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X592

【参考文献】