菌株Nocardioides sp. JQ2195降解可替宁的代谢途径及分子机制

批准号:
31870092
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
邱吉国
依托单位:
学科分类:
C0106.微生物与环境互作
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈乐、刘斌、张艳婷、赵玲玲、彭乾
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中文摘要
可替宁(1-甲基-5-[3-吡啶基]-2-吡咯烷酮)是尼古丁在人体内最主要的代谢产物和排泄物,在市政污水和地表水中广泛存在。因可替宁具有较强的毒性,研究其在环境中的降解和归趋以及生态毒理具有非常重要的意义。已有研究表明微生物代谢是环境中可替宁降解的主要因素,但目前关于微生物降解可替宁的代谢过程和分子生物学机制还未见报道。申请人从市政污水处理系统活性污泥中分离到一株能利用可替宁为唯一碳源生长的细菌Nocardioides sp. JQ2195,并检测到两个新的降解产物。本项目拟以菌株JQ2195为材料,通过降解中间产物鉴定、基因组和比较转录组/蛋白组分析、基因敲除与回补等技术,揭示细菌降解可替宁的代谢途径,克隆可替宁的降解相关基因(簇),鉴定降解基因的生理学功能以及转录调控机制。本研究将在生化和遗传水平上揭示微生物降解可替宁的代谢机制,为深入可替宁在环境中的降解和归趋以及毒理学提供理论依据。
英文摘要
Cotinine (1-methyl-5-[3-pyridyl]-2-pyrrolidone) is the primary metabolite and excretion of nicotine in human body. It is ubiquitous in municipal sewage and surface water. Cotinine is highly toxic. The fate and ecotoxicity of cotinine in the natural environment are of great interest. Reported studies demonstrated that cotinine was mostly degraded by microorganisms in the environment. However, the degradation processes and biological mechanisms for the degradation of cotinine by microorganisms are still unknown. Nocardioides sp. strain JQ2195, which is able to utilize cotinine as sole carbon source for growth, has been isolated in our laboratory and two new intermediate metabolites have been identified. This project was designed to investigate the degradation pathwayof cotinine and identify the genes (cluster) involved in cotinine degradation in Nocardioides sp. strain JQ2195 by genomics, comparative transcriptome/proteome analysis, gene knockout and complementation technologies. This study will reveal the processes and regulatory mechanisms of cotinine degradation at the biochemical and genetic levels. Moreover, the research will be greatly helpful in understanding the fate and ecotoxicity of cotinine in the natural environment.
可替宁是尼古丁在人体中的主要代谢产物,随尿液排入到水环境中。全世界每年烟草消费量巨大,使得可替宁成为广泛存在于各种水环境中的新型污染物。可替宁对水生生物、哺乳动物和人类具有不同程度的细胞毒性、遗传毒性和发育毒性等。微生物是环境中可替宁去除的主要驱动力。但目前可替宁微生物降解菌株、降解菌群、降解机制、代谢途径及相关的基因和酶没有报道。本项目以细菌Nocardioides sp. JQ2195为材料,研究其降解可替宁的分子机制,取得以下成果:1. 对菌株JQ2195的诱导型降解可替宁做了深入研究;2. 测定了菌株JQ2195基因组完成图序列并做生物信息学分析;3. 以可替宁和葡萄糖培养,做转录组测序,分析表达差异基因;4. 鉴定了一个约50 kb的基因簇(命名为cot)与可替宁降解直接相关;5. 克隆、鉴定并研究了第一步关键降解酶CotA1A2A3的反应机制和酶学特性;6. 全面检测、鉴定可替宁降解过程中的中间产物,并绘制完整代谢途径;7. 鉴定了可替宁上游降解过程的转录调控基因pucRcot基因;8. 新富集了一个具有更高降解能力的可替宁降解菌群Cot 02并对其降解能力、特性、途径进行分析鉴定。本项目顺利开展了各项研究工作,首次阐明了可替宁微生物降解代谢过程和分子机理,研究成果为深入研究可替宁在环境中的降解、转化和归趋以及可能产生的生态效应提供理论依据。.总体来说,本项目完成了预期研究目标。项目主持人以第一或通讯作者发表标注项目号SCI录用文章5篇,其中包含Appl. Environ. Microbiol.(2篇)和J. Bacteriol.(1篇);培养博士研究生1名,硕士研究生2名。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:10.1007/s00284-020-02005-3
发表时间:2020-05
期刊:Current Microbiology
影响因子:2.6
作者:Xu Siqiong;Liu Junwei;Ni Haiyan;Yang Xiaojun;Qiu Jiguo;Huang Xing;He Jian
通讯作者:He Jian
Identification and Characterization of a Novel pic Gene Cluster Responsible for Picolinic Acid Degradation in Alcaligenes faecalis JQ135
粪产碱菌 JQ135 中负责吡啶甲酸降解的新型 pic 基因簇的鉴定和表征
DOI:10.1128/jb.00077-19
发表时间:2019-08-01
期刊:JOURNAL OF BACTERIOLOGY
影响因子:3.2
作者:Qiu, Jiguo;Zhao, Lingling;He, Jian
通讯作者:He, Jian
Cotinine Hydroxylase CotA Initiates Biodegradation of Wastewater Micropollutant Cotinine in Nocardioides sp. Strain JQ2195
可替宁羟化酶 CotA 启动诺卡氏菌中废水微污染物可替宁的生物降解。
DOI:10.1128/aem.00923-21
发表时间:2021-07
期刊:Applied and Environmental Microbiology
影响因子:4.4
作者:Zhao Lingling;Zhao Zhenyang;Zhang Kaiyun;Zhang Xuan;Xu Siqiong;Liu Junwei;Liu Bin;Hong Qing;Qiu Jiguo;He Jian
通讯作者:He Jian
The TetR Family Repressor HpaR Negatively Regulates the Catabolism of 5-Hydroxypicolinic Acid in Alcaligenes faecalis JQ135 by Binding to Two Unique DNA Sequences in the Promoter of Hpa Operon
TetR 家族阻遏蛋白 HpaR 通过与 hpa 操纵子启动子中的两个独特 DNA 序列结合,负向调节粪产碱杆菌 JQ135 中 5-羟基吡啶甲酸的分解代谢
DOI:10.1128/aem.02390-21
发表时间:2022-02
期刊:Applied and Environmental Microbiology
影响因子:4.4
作者:Xu Siqiong;Jiang Yinhu;Zhang Fuyin;Wang Xiao;Zhang Kaiyun;Zhao Lingling;Hong Qing;Qiu Jiguo;He Jian
通讯作者:He Jian
DOI:10.1016/j.envres.2020.109258
发表时间:2020
期刊:Environmental Research
影响因子:--
作者:Mu Yang;Chen Qing;Rebecca E.Parales;Lu Zhenmei;Hong Qing;He Jian;Qiu Jiguo;Jiang Jiandong
通讯作者:Jiang Jiandong
系统鉴定产碱杆菌直接氨氧化Dirammox基因功能与转录调控机制研究
- 批准号:32370128
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:50万元
- 批准年份:2023
- 负责人:邱吉国
- 依托单位:
红球菌Rhodococcus sp. WH99降解吩嗪-1-羧酸的分子机制
- 批准号:--
- 项目类别:--
- 资助金额:58万元
- 批准年份:2020
- 负责人:邱吉国
- 依托单位:
国内基金
海外基金
