磷脂酶PlcP降解细菌膜脂的分子机制及其在海洋碳磷循环中的作用

批准号:
91751101
项目类别:
重大研究计划
资助金额:
75.0 万元
负责人:
李平一
依托单位:
学科分类:
C0102.微生物生理与生化
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
李春阳、张祎、王艳君、彭明、张妍琪、郝杰、王悦
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中文摘要
在寡营养海洋环境中,多个异养细菌类群可以诱导表达磷脂酶PlcP基因将细胞膜磷脂替换为不含磷的脂类,以降低细胞对外界有机磷的需求来适应海洋极端环境,且PlcP具有多样性。但是,PlcP参与海洋细菌膜脂代谢的分子机制及其在海洋细菌膜脂等有机碳磷循环中的作用到目前为止还不清楚。本项目拟通过选取三大类群(α-变形菌纲、γ-变形菌纲和拟杆菌纲)代表性PlcP序列研究PlcP的降解机制及其在海洋碳磷循环中的作用。首先,研究PlcP的磷脂酶活性及酶学性质,揭示不同类群PlcP的催化特性。其次,通过结构、突变和生化分析,阐明不同类群PlcP降解磷脂底物的分子机制。最后,通过比较不同类群PlcP的催化特性及机制,结合来源菌的膜脂组分等生理特征并联系菌株在海洋环境中的生态分布情况,揭示磷脂酶PlcP在海洋细菌膜脂高分子量有机碳和有机磷循环中的作用。研究结果将为阐明海洋微生物驱动碳磷元素循环的机制提供重要依据。
英文摘要
In the oligotrophic marine environments, phylogenetically diverse heterotrophic bacteria can be induced to express the gene PlcP encoding-phospholipase to replace cellular phospholipids with membrane lipids devoid of P, which facilitate survival of bacteria in marine extreme conditions. Different bacteria can produce different types of PlcP. Until now, the molecular mechanism for PlcP involved in membrane lipid metabolism of marine microorganisms and the role of PlcP in marine carbon and phosphorus cycles is still unclear. This project intends to study representative members (PhPlcP, PsPlcP and DoPlcP) of three major groups of PlcP to illustrate the catalytic mechanisms of these PlcP proteins and their potential role in marine carbon and phosphorus cycles. The phospholipase activities of PhPlcP, PsPlcP and DoPlcP will be biochemically characterized. Structural analysis in combination with mutational and biochemical analysis will reveal the catalytic mechanisms of PhPlcP, PsPlcP and DoPlcP against phospholipids, respectively. To reveal the potential role of PlcP phospholipases in marine carbon and phosphorus cycles, the catalytic properties and catalytic mechanisms of PhPlcP, PsPlcP and DoPlcP will be compared, the membrane lipid composition of strains producing them will be analyzed, and the distribution and the abundace of PlcP homologs and bacterial strains producing them in marine environments will also be analyzed. Our results in this project will provide important basis for illustrating the mechanism for marine carbon and phosphorus cycles driven by marine microorganisms.
在寡营养海洋环境中,多个异养细菌类群被发现通过表达磷脂酶PlcP基因将细胞膜磷脂替换为不含磷的脂类,以降低细胞对外界有机磷的需求来适应海洋极端环境。到目前为止,PlcP参与海洋细菌膜脂代谢的分子机制及其在海洋细菌膜脂等有机碳磷循环中的作用还不清楚。系统发育分析表明,PlcP及其同源序列代表了一个金属磷脂酶新家族。我们选取了10个细菌类群来源的代表性PlcP序列开展研究。将这些序列在大肠杆菌中分别进行了异源表达,并通过提取膜蛋白的方法实现了PlcP疏水蛋白的纯化。生化分析表明,不同细菌类群来源的PlcP蛋白均表现为Mn2+依赖的碱性嗜热酶,能高效降解细菌膜脂主要组分磷脂酰甘油和磷脂酰乙醇胺以及磷脂酸,表明Mn2+在调控海洋细菌膜脂代谢中发挥着重要作用。结构上,来自于γ-变形菌纲的磷脂酶PsPlcP包含两个结构域,一个富含疏水残基的Lid结构域和一个催化结构域。通过结构、突变和生化分析揭示出PsPlcP结合金属离子的8个关键氨基酸残基。这些关键残基在其同源蛋白及UDP-二脂酰葡萄糖胺焦磷酸水解酶LpxH家族中非常保守,表明PsPlcP具有类似于LpxH的催化机制。但是,PsPlcP的催化腔在氨基酸残基组成及表面电荷等方面不同于LpxH,且PsPlcP的潜在底物结合残基不同于LpxH,这促成了两种酶在底物选择性上的差异。结构和突变分析还揭示出,结构域间的疏水相互作用在维持PsPlcP及其同源蛋白的热稳定性及其在有机溶剂中的稳定性中发挥重要作用,稳定了PlcP蛋白的刚性结构。通过分析宏基因组/转录组数据发现,PlcP序列在以表层海水样品为主要来源的GOS和Tara数据库以及寡营养海域马里亚纳海沟深海海水样品中均具有较高的丰度,为4.6%-18.4%,预示其在全球海洋中具有重要的生理作用。对磷脂酶PlcP的研究有助于阐明海洋微生物驱动碳磷元素循环的机制。
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Structural and molecular basis for the substrate positioning mechanism of a new PL7 subfamily alginate lyase from the arctic.
来自北极的新 PL7 亚家族藻酸盐裂解酶的底物定位机制的结构和分子基础。
DOI:10.1074/jbc.ra120.015106
发表时间:2020
期刊:JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY
影响因子:4.8
作者:Fei Xu;Xiu-Lan Chen;Xiao-Hui Sun;Fang Dong;Chun-Yang Li;Ping-Yi Li;Haitao Ding;Yin Chen;Yu-Zhong Zhang;Peng Wang
通讯作者:Peng Wang
3,6-Anhydro-L-Galactose Dehydrogenase VvAHGD is a Member of a New Aldehyde Dehydrogenase Family and Catalyzes by a Novel Mechanism with Conformational Switch of Two Catalytic Residues Cysteine 282 and Glutamate 248
3,6-脱水-L-半乳糖脱氢酶 VvAHGD 是新醛脱氢酶家族的成员,通过具有两个催化残基半胱氨酸 282 和谷氨酸 248 构象转换的新颖机制进行催化
DOI:10.1016/j.jmb.2020.02.008
发表时间:2020-03-27
期刊:JOURNAL OF MOLECULAR BIOLOGY
影响因子:5.6
作者:Wang, Yue;Li, Ping-Yi;Zhang, Yu-Zhong
通讯作者:Zhang, Yu-Zhong
Study on a Novel Cold-Active and Halotolerant Monoacylglycerol Lipase Widespread in Marine Bacteria Reveals a New Group of Bacterial Monoacylglycerol Lipases Containing Unusual C(A/S)HSMG Catalytic Motifs
对海洋细菌中广泛存在的新型冷活性和耐盐单酰甘油脂肪酶的研究揭示了一组新的含有不寻常 C(A/S)HSMG 催化基序的细菌单酰甘油脂肪酶
DOI:10.3389/fmicb.2020.00009
发表时间:2020-01-23
期刊:FRONTIERS IN MICROBIOLOGY
影响因子:5.2
作者:Li, Ping-Yi;Zhang, Yan-Qi;Chen, Xiu-Lan
通讯作者:Chen, Xiu-Lan
Structural Insight Into Chitin Degradation and Thermostability of a Novel Endochitinase From the Glycoside Hydrolase Family 18
糖苷水解酶家族中新型内切几丁质酶的几丁质降解和热稳定性的结构洞察 18
DOI:10.3389/fmicb.2019.02457
发表时间:2019
期刊:Frontiers in Microbiology
影响因子:5.2
作者:Wang Yan-Jun;Jiang Wen-Xin;Zhang Yi-Shuo;Cao Hai-Yan;Zhang Yi;Chen Xiu-Lan;Li Chun-Yang;Wang Peng;Zhang Yu-Zhong;Song Xiao-Yan;Li Ping-Yi
通讯作者:Li Ping-Yi
A New Group of Modular Xylanases in Glycoside Hydrolase Family 8 from Marine Bacteria
来自海洋细菌的糖苷水解酶家族 8 中的一组新的模块化木聚糖酶
DOI:10.1128/aem.01785-18
发表时间:2018-09
期刊:Applied and Environmental Microbiology
影响因子:4.4
作者:Chen Xiu-Lan;Zhao Fang;Yue Yong-Sheng;Zhang Xi-Ying;Zhang Yu-Zhong;Li Ping-Yi
通讯作者:Li Ping-Yi
海洋弧菌Vibrio sp. F2降解利用岩藻聚糖的新途径、新机制
- 批准号:42376106
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:51万元
- 批准年份:2023
- 负责人:李平一
- 依托单位:
南极海洋假交替单胞菌Pseudoalteromonas prydzensis ACAM 620中单加氧酶LPMO主导的几丁质氧化降解与代谢通路研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:59万元
- 批准年份:2021
- 负责人:李平一
- 依托单位:
含OsmC结构域的新型双结构域酯酶的催化机制及其生理功能研究
- 批准号:41676180
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:65.0万元
- 批准年份:2016
- 负责人:李平一
- 依托单位:
国内基金
海外基金
