微生物燃料电池(Microbial fuel cells,MFCs)在生物产能和处理废水方面具有广阔的应用前景。但较低的电功率输出是限制微生物燃料电池实际应用进程的主要瓶颈,而高效产电微生物的获得是解决上述瓶颈的关键途径。铜绿假单胞菌(Pseudomnoas aeruginosa)是一种重要的产电微生物,因自身分泌电子穿梭体-吩嗪类物质而受到广泛关注。铜绿假单胞菌PAO1基因组测序完成,分子操作系统成熟,是一种模式微生物。IrrE是源于耐辐射异常球菌的一种重要的全局调控因子,对多种途径起中心调控作用,而铜绿假单胞菌的产电性能受到多种调控网络的影响,那么IrrE在铜绿假单胞菌中表达,会对铜绿假单胞菌产电性能有何影响?本实验将IrrE在铜绿假单胞菌PAO1中异源表达,研究IrrE表达对铜绿假单胞菌产电性能的影响,并对其作用机制进行初步研究。其成果将为产电微生物的分子改造策略提供新思路和新例证。首先通过蛋白纯化及Western Blot验证了 IrrE在铜绿假单胞菌PAO1中的表达,通过生长曲线的绘制和BioLog分析考察了 IrrE表达对菌株生长特性和底物代谢谱的影响。结果表明,IrrE表达能够延长铜绿假单胞菌的对数期,增加生物量,影响菌体对多种底物的代谢能力,证明了 IrrE在铜绿假单胞菌中发挥功能性作用。将IrrE重组菌接种微生物燃料电池考察了 IrrE表达对菌株产电性能的影响。结果表明,与对照菌株相比,重组菌接种MFCs达到稳定所需时间缩短了 24.24%,为250.00 h,电压提高了 34.40%,为203.00 mV,功率密度提高了 71.30%,为56.00 mW/m2。这些结果表明,IrrE的表达提高了铜绿假单胞菌的产电性能。进一步分析IrrE提高菌株产电性能的原因,结果发现,与对照菌株相比,重组菌接种的微生物燃料电池的内阻减小了 18.95%,为554.00 阳极液中电子穿梭体-绿脓菌素的含量提高了 33.60%,为0.16 mg/L。利用实时荧光定量PCR对相关基因的转录水平进行检测,结果表明,IrrE的表达使得菌株中糖酵解途径中关键基因glK的转录水平发生上调,对绿脓菌素合成具有正向调控作用的基因phzM和rhlI的转录水平发生上调,对绿脓菌素合成具有抑制作用的基因rpoS和pmpr的转录水平发生下调,此外,一些与生物膜形成相关的基因(如bdlA),菌毛、纤毛装配相关的基因(如pelF、pilT、filC、filA),与抗逆行为相关的基因(如 groEL、recA)的转录水平发生了明显的变化。这些结果表明,IrrE的表达能够通过降低系统内阻和增大电子穿梭体含量提高了菌株的产电性能。同时,IrrE影响铜绿假单胞菌中心代谢途径关键基因、菌毛、纤毛、生物膜相关基因以及抗逆行为相关基因的转录水平变化。