丙酮丁醇梭菌多效調(diào)控因子AbrB的鑒定及功能研究.pdf

1、丙酮丁醇梭菌是一種革蘭氏陽性、厭氧、產(chǎn)孢細(xì)菌，亦是具有重要應(yīng)用價(jià)值的工業(yè)菌株。丙酮丁醇梭菌的生長過程具有明顯的產(chǎn)酸、產(chǎn)酸-產(chǎn)溶劑轉(zhuǎn)換以及產(chǎn)溶劑期三個(gè)階段，它們之間緊密銜接，共同決定了菌株的發(fā)酵表型。因此，這三個(gè)生理過程尤其是產(chǎn)酸-產(chǎn)溶劑期轉(zhuǎn)換的分子調(diào)控對于丙酮丁醇梭菌最終的溶劑產(chǎn)物合成至關(guān)重要。AbrB是存在于革蘭氏陽性菌中的一個(gè)多效調(diào)控因子。丙酮丁醇梭菌中存在3個(gè)可能的abrB基因(abrB1，abrB2和abrB3)。前期研究表明，

2、AbrB1在丙酮丁醇梭菌的產(chǎn)酸-產(chǎn)溶劑轉(zhuǎn)換階段發(fā)揮重要的調(diào)控作用，但對于其余兩個(gè)AbrB蛋白的功能尚不清楚。AbrB3和AbrB2是否也在丙酮丁醇梭菌中發(fā)揮功能？這三個(gè)AbrB蛋白之間是否有分工和協(xié)作？這些問題都有待解答。
　　圍繞上述問題，本文進(jìn)行了如下的研究工作。我們首先通過LacZ報(bào)告系統(tǒng)測定了丙酮丁醇梭菌中三個(gè) abrB啟動(dòng)子的活性；然后，采用 Targetron基因中斷失活技術(shù)失活了abrB1和abrB3基因，并通過同源

3、重組的方法刪除了abrB2，獲得了相應(yīng)的突變株。發(fā)酵結(jié)果表明，失活 abrB1后，菌株的產(chǎn)酸-產(chǎn)溶劑轉(zhuǎn)換受到極大影響，酸回用受阻，導(dǎo)致胞內(nèi)有機(jī)酸大量積累，溶劑產(chǎn)量顯著下降。而失活 abrB2后，菌株生長、糖利用以及產(chǎn)溶劑情況較野生型無明顯變化。失活abrB3后，菌株生長、底物利用以及溶劑合成速率均加快，溶劑產(chǎn)物的比例發(fā)生改變。
　　為了深入探究引起上述表型的分子機(jī)制，我們進(jìn)行了abrBs突變株和野生型菌株的比較轉(zhuǎn)錄組分析。結(jié)果表明

4、，abrBs基因的失活導(dǎo)致了一系列產(chǎn)酸產(chǎn)溶劑途徑基因轉(zhuǎn)錄的顯著變化。在abrB1失活菌株中，控制酸回用過程的關(guān)鍵酶編碼基因ctfA和ctfB的轉(zhuǎn)錄沒有改變，推測AbrB1可能通過調(diào)控其他的調(diào)控因子進(jìn)而間接地控制丙酮丁醇梭菌的產(chǎn)酸-產(chǎn)溶劑轉(zhuǎn)換。在 abrB2失活菌株中，產(chǎn)溶劑相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄強(qiáng)度基本無變化；而在abrB3失活菌株中，溶劑合成操縱子sol和丁醇生成重要基因 adhEII的轉(zhuǎn)錄水平顯著上調(diào)，是造成該突變株產(chǎn)溶劑速率加快的主要原因。