GENOME ANALYSIS OF A HALOPHILIC BACTERIUM HALOMONAS MALPEENSIS YU-PRIM-29T REVEALS ITS EXOPOLYSACCHARIDE AND PIGMENT PRODUCING CAPABILITIES
- 作者
- Athmika, Sudeep D. Ghate, A. B. Arun, Sneha S. Rao, S. T. Arun Kumar, Mrudula Kinarulla Kandiyil, Kanekar Saptami, P. D. Rekha
- 杂志
- Scientific Reports（2021）
- DOI
- 10.1038/s41598-021-81395-1
- 所属领域
- 代谢工程
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解决的核心问题
解析嗜盐菌Halomonas malpeensis YU-PRIM-29T胞外多糖（EPS）和色素等工业重要代谢物的生物合成途径，揭示其基因组编码潜能
研究策略
利用Illumina测序和SPAdes组装获得全基因组序列，通过多种生物信息学工具注释代谢途径，并结合化学提取、FTIR、LC-MS/MS等实验验证EPS、玉米黄质、ectoine和PHA的产生
核心内容
该研究对嗜盐菌Halomonas malpeensis YU-PRIM-29T进行了全基因组测序与代谢潜能解析。基因组大小为3,607,821 bp，GC含量63.75%，编码3337个蛋白，注释到184个ABC转运蛋白基因，但未发现Wzx/Wzy途径相关基因，提示该菌的胞外多糖（EPS）合成依赖ABC转运蛋白途径而非典型的Wzx/Wzy机制。通过化学提取和FTIR、LC-MS/MS验证，确认该菌能产生EPS、玉米黄质、ectoine和PHA。EPS产量受碳源影响，D-葡萄糖、D-果糖和L-阿拉伯糖条件下较高，且对甲苯和煤油的乳化指数分别达64%和63%，显著优于Tween 20。玉米黄质提取物表现出抗氧化活性，其羟基自由基清除IC50为5.17 μg/mL；PHA产量为11.6 mg/g细胞干重，ectoine约0.20 g/L。该研究首次完成了H. malpeensis全基因组分析，揭示了其合成多种工业重要生物分子的遗传基础，说明该菌株在生物乳化剂、抗氧化剂和可降解塑料等领域具有应用潜力。
创新点
首次完成H. malpeensis全基因组分析，阐明其EPS通过ABC转运蛋白依赖性途径合成（而非Wzx/Wzy途径），并实验验证了玉米黄质、ectoine和PHA等代谢物的产生
研究对象（9）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Halomonas malpeensis YU-PRIM-29T | EPS生物合成（ABC转运蛋白依赖途径） | galU | UTP-葡萄糖-1-磷酸尿苷酰转移酶 | 催化 | 合成UDP-葡萄糖 |
| Halomonas malpeensis YU-PRIM-29T | EPS生物合成（ABC转运蛋白依赖途径） | galE | UDP-葡萄糖4-差向异构酶 | 催化 | 合成UDP-半乳糖 |
| Halomonas malpeensis YU-PRIM-29T | EPS生物合成（ABC转运蛋白依赖途径） | ugd | UDP-葡萄糖6-脱氢酶 | 催化 | 合成UDP-葡萄糖醛酸 |
| Halomonas malpeensis YU-PRIM-29T | EPS生物合成（ABC转运蛋白依赖途径） | manC | 甘露糖-1-磷酸鸟苷酰转移酶 | 催化 | 合成GDP-甘露糖 |
| Halomonas malpeensis YU-PRIM-29T | EPS分泌（ABC转运蛋白依赖途径） | kpsD, kpsE, kpsM, kpsT, kpsS, kpsC | KpsD（外膜多糖输出蛋白）、KpsE（多糖聚合酶共聚酶）、KpsM/KpsT（ABC转运体通透酶和ATP结合蛋白）、KpsS/KpsC（Kdo连接酶） | 转运 | 介导EPS跨膜转运和分泌 |
| Halomonas malpeensis YU-PRIM-29T | 玉米黄质生物合成 | crtB, crtY, crtZ | 15-顺式-番茄红素合酶、番茄红素β-环化酶、β-胡萝卜素3-羟化酶 | 催化 | 从香叶基焦磷酸合成玉米黄质 |
| Halomonas malpeensis YU-PRIM-29T | ectoine生物合成 | ectA, ectB, ectC, ectD, lysC | EctA（二氨基丁酸乙酰转移酶）、EctB（二氨基丁酸转氨酶）、EctC（ectoine合成酶）、EctD（羟基ectoine合成酶）等 | 催化 | 合成渗透压保护剂ectoine及其羟基衍生物 |
| Halomonas malpeensis YU-PRIM-29T | PHA生物合成 | phaA, phaB, phaC1, phaC2 | 乙酰-CoA乙酰转移酶、乙酰乙酰-CoA还原酶、PHA合酶 | 催化 | 合成聚羟基脂肪酸酯 |
| Halomonas malpeensis YU-PRIM-29T | PHA代谢调控 | phaR, phaP | PHA合成抑制子（PhaR）、phasin（PhaP） | 调控 | 调控PHA合成和颗粒稳定 |
关键发现
- 基因组大小为3,607,821 bp，含18个contigs和3337个蛋白编码基因，GC含量63.75%
- 存在184个ABC转运蛋白基因，但缺失Wzx/Wzy和合酶依赖途径基因
- EPS产量受碳源影响，D-葡萄糖、D-果糖和L-阿拉伯糖中产量较高
- EPS对甲苯乳化指数EI24为64±4%，煤油63±4%，石油烃乳化活性显著高于Tween 20
- 玉米黄质提取物λmax为448 nm，DPPH清除IC50为7.13 μg/mL，NO还原IC50为8.82 μg/mL，羟基自由基清除IC50为5.17 μg/mL，脂质过氧化抑制IC50为9.66 μg/mL
- PHA产量为11.6 mg/g细胞干重
- ectoine产量约0.20 g/L
- 生物膜OD580在24、48、96 h分别为1.48、1.97、3.31
研究结论
H. malpeensis YU-PRIM-29T具有产生EPS、玉米黄质、ectoine和PHA等多种工业重要生物分子的能力，是有工业应用潜力的嗜盐菌株