產(chǎn)電微生物基因表達(dá)譜及調(diào)控機(jī)制分析.pdf

1、能源匱乏和環(huán)境污染是當(dāng)今兩個(gè)全球性問題，尋求可再生能源和環(huán)境治理成為生物技術(shù)研究的主要推動(dòng)力。微生物燃料電池(microbial fuel cell，MFC)是一種能量轉(zhuǎn)化的新技術(shù)，利用細(xì)菌降解有機(jī)物，同時(shí)產(chǎn)生電能。MFC在廢水處理、可再生能源、環(huán)境治理等多個(gè)方面具有重要應(yīng)用潛質(zhì)。然而目前MFC的產(chǎn)電效率還不夠高，技術(shù)還不夠成熟。決定MFC產(chǎn)電效率的最本質(zhì)因素是陽極微生物的種類及特性。本文的目的就是通過產(chǎn)電微生物基因表達(dá)譜分析來研究其產(chǎn)

2、電機(jī)制，發(fā)現(xiàn)與產(chǎn)電功能密切相關(guān)的基因，并構(gòu)建電子傳遞相關(guān)基因的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為產(chǎn)電微生物的基因工程改造、MFC產(chǎn)電效率的提高提供科學(xué)依據(jù)。
　　本文選取兩種模式產(chǎn)電微生物Geobacter sulfurreducens PCA和Shewanellaoneidensis MR-1作為研究對象，利用顯著差異表達(dá)分析，發(fā)現(xiàn)并深入研究對電子傳遞起關(guān)鍵作用的基因；通過相關(guān)性分析，探索電子傳遞相關(guān)基因之間未知的表達(dá)調(diào)控關(guān)系；結(jié)合基因組及注釋代謝等

3、信息進(jìn)行基因功能注釋，確定挖掘出的基因的功能；構(gòu)建關(guān)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，論證并可視化基因間表達(dá)調(diào)控關(guān)系。
　　G.sulfurreducens基因表達(dá)數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示細(xì)胞色素omcZ和菌毛蛋白pilA對于生物膜還原能力的增強(qiáng)及電子的傳遞具有重要作用。推測轉(zhuǎn)運(yùn)載體相關(guān)蛋白GSU3401-3404與pilA在功能上具有較強(qiáng)的相關(guān)性，其中GSU3402和GSU3403與外膜孔蛋白o(hù)mpJ相關(guān)基因具有較高的序列相似度。脫氫酶hybA和hy

4、bS、雙組分信號傳導(dǎo)系統(tǒng)的蛋白GSU1316、細(xì)胞色素蛋白GSU0618和GSU1284、熱休克蛋白GSU2390及一種功能未知的蛋白GSU2897與電子傳遞之間密切的聯(lián)系。
　　S.oneidensis MR-1表達(dá)譜分析結(jié)果表明細(xì)胞色素合成蛋白ccmA～ccmH、與分泌相關(guān)的胞質(zhì)易位蛋白tatA-tatC、細(xì)胞色素c3 SO2727和延胡索酸鹽還原酶黃素蛋白前體S00970等，對電子的胞外傳遞具有重要影響。功能未知的蛋白SO4