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二甲基巯基丙酸内盐(3-dimethylsulphoniopropionate,DMSP)是海洋碳硫循环的重要载体物质,其降解产物DMS和它的氧化产物参与地球气候调节。DMSP主要是由海洋浮游植物产生,对浮游植物适应环境变化具有重要调节作用。南极硅藻(Nitzschia sp.ICE-H)是南极冰藻中的优势藻种,但目前南极硅藻能否产生DMSP及其合成机制仍然未知。因此,本文以南极硅藻(Nitzschia sp.ICE-H)为研究对象,针对DMSP合成机制开展研究,通过对南极硅藻转录组学研究,查找DMSP合成关键基因;通过对DMSP合成关键基因的克隆表达及生物信息学分析,完善南极硅藻的DMSP代谢途径;结合南极硅藻DMSP合成及其环境响应研究,阐明南极硅藻DMSP生物合成机制。在此基础上,开展南极硅藻共附生真菌的DMSP降解机制研究,通过对其进行基因组测序,查找关键降解基因,探讨南极真菌的DMSP降解机制。具体研究结果如下:1)采用吹扫-捕集检测技术,开展不同温度与盐度对南极硅藻DMSP合成的调控研究,探讨极端环境中南极硅藻DMSP合成规律。结果表明,不同温度、盐度均会影响南极硅藻的DMSP产量。低温(0 ~oC)能够明显提高南极硅藻细胞内的DMSP产量(可达53.21 nmol/10~7cells),高温无显著影响;高盐度(64‰)明显促进南极硅藻的DMSP合成(可达104.45 nmol/10~7cells);但过高(96‰)或过低(16‰)的盐度均会抑制硅藻的DMSP产量。可见,低温与高盐促进了DMSP的合成,推测与DMSP的冷冻调节与渗透调节作用有关。2)根据南极硅藻无参转录组测序结果,筛查并克隆得到2个DMSP合成关键酶S-methyltransferase基因全长。生物信息学分析可知,ORF全长分别为1386 bp和1140 bp,编码461和379个氨基酸,理论相对分子质量为50.74 KDa和42.78 KDa。二者位于细胞胞质中,均属于甲基转移酶家族—AdoMet-MTases superfamily超家族,且无跨膜结构域和N端无信号肽结构。二者均由6个同一单聚体构成的六聚体,蛋白保守性低,出现了分化现象;进化树分析显示二者与Sediminimonas qiaohouensis、Actinopolymorpha singaporensis等物种聚为一支,表明这些蛋白进化关系相对较近。3)构建南极硅藻的S-methyltransferase基因重组工程菌,进行低温诱导表达试验。将重组质粒转入Transetta(DE3)表达感受态细胞后,16 ~oC、160 rpm、0.5mM IPTG诱导12 h后,进行细胞破碎和SDS-PAGE电泳。电泳表明,二者分别在50 KDa和40 KDa处有一条较粗的蛋白条带,而对照组无此条带,说明重组工程菌成功诱导出目的蛋白。经分析发现,目的蛋白均存在于细胞破碎沉淀中,主要以包涵体的形式存在。4)筛选获得了三株可降解DMSP并产生DMS的南极硅藻共附生菌:腥掷孢菌(Tilletiopsis sp.ICE-01),枝孢菌(Cladosporium sp.ICE-02)和曲霉菌(Aspergillus sp.ICE-03)。三株真菌均可以DMSP为唯一碳源与能源,裂解产生DMS;其中腥掷孢菌对DMSP的降解量与DMS产量均为最多,分别为:57.13nmol与59.91 nmol。对腥掷孢菌进行基因组学测序,得到编码基因(24952761bp)、注释基因(8494123 bp)及非编码RNA的基本信息;并参照数据库的进行基因功能注释,获得两条DMSP裂解酶的dddD基因序列,属于乙酰辅酶A转移酶(CoA-transferase familly III),可裂解DMSP生成DMS和3-羟基丙酸(3-hydroxypropionate)。