双功能酶Mthfr66的特性及其在四氢叶酸依赖型麦草畏脱甲基途径中的生理功能研究
批准号:
31770117
项目类别:
面上项目
资助金额:
55.0 万元
负责人:
何健
依托单位:
学科分类:
微生物与环境互作
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
邱吉国、李娜、陈乐、张艳婷、姚仕钢、赵玲玲
中文摘要
脱甲基是甲基取代芳烃化合物微生物降解的重要步骤,四氢叶酸依赖型脱甲基是主要的脱甲基途径之一,但目前对该途径的机制特别是四氢叶酸再生机制还不清楚。前期在麦草畏降解菌株Ndbn-20鉴定了1个麦草畏脱甲基基因簇,它包括一个四氢叶酸依赖型脱甲基酶基因和三个四氢叶酸代谢相关基因,其中mthfr66表达产物体外具有5-甲基四氢叶酸水解酶和5,10-亚甲基四氢叶酸还原酶两种活性。本项目研究Mthfr66两种催化活性的特性和动力学,筛选Mthfr66失去水解酶或还原酶活性的突变体,初步解析Mthfr66晶体结构,研究mthfr66突变及敲除对Ndbn-20转化麦草畏速率的影响,揭示Mthfr66两种催化活性的特性及其在菌株Ndbn-20麦草畏脱甲基过程中的生理功能。预期结果为深入研究Mthfr66的结构和催化机制及四氢叶酸依赖型脱甲基途径中四氢叶酸再生机制提供理论依据。
英文摘要
Demethylation is an important step in the microbial degradation of methyl-substituted aromatic compounds. Tetrahydrofolate (H4folate)-dependent demethylation is one of the main demethylation pathways. However, the mechanism of this pathway, especially the regeneration of tetrahydrofolate, is unclear. Previously, Dicamba-degrading strain Ndbn-20 was isolated from compost. The dicamba demethylation is via a H4folate-dependent demethylases system in the strain, and a H4folate-dependent dicamba demethylation gene cluster was identified. This gene cluster consists of a dicamba methyltransferase gene dmt66 and three genes (methfr66, dhch, and purU) related to the metabolism of tetrahydrofolate. Mthfr66 is a bifunctional enzyme (5,10-CH2-H4folate reductase/5-CH3-H4folate hydrolase) in vitro. This study was designed to investigate the enzymatic characteristics and kinetics of Mthfr66, to screen Mthfr66 mutants that lost 5,10-CH2-H4folate reductase or 5-CH3-H4folate hydrolase activity, preliminary analyze the structure of Mthfr66, and to study the effect of mutation and knock out of methfr66 on the conversion efficiencies of dicamba by stain Ndbn-20. This project will reveal the enzymatic characteristics of Mthfr66 and its role in the dicamba demethylation process in vivo, and provide theoretical basis for further studies of the structure and catalytic mechanism of Mthfr66 and the regeneration mechanism of H4folate in H4folate-dependent demethylation pathway.
前期在麦草畏降解菌 Rhizorhabdus dicambivorans Ndbn-20 中鉴定了1个四氢叶酸(THF)依赖型麦草畏脱甲基基因簇,包括一个THF依赖型脱甲基酶基因dmt66 和三个四氢叶酸代谢相关基因(mthfr66, purU和dhch)。本项目目标是研究Mthfr66的功能、酶学特性和结构,揭示Mthfr66在THF依赖型脱甲基酶系统辅酶THF再生中的作用。对Mthfr66进行了外源表达和纯化。研究了Mthfr66酶学特性和催化动力学。将Mthfr66的5个半胱氨酸均突变为丙氨酸,构建了具有更高稳定性突变体Mthfr66m,解析了Se-Mthfr66m晶体的三维结构。Mthfr66m是由两个相同亚基组成的同源二聚体,单体由15个α-helix和10个β-strand组成,催化中心是由8个α-helix和8个β-strand组成的桶状结构。通过分子对接推测了FAD和5-CH3-THF与Mthfr66的结合位点。获得15个Mthfr66定点突变体,其中5个突变体活性几乎完全丧失。敲除mthfr66基因导致突变体Ndbn-20∆metF1完全失去转化5-CH3-THF和降解麦草畏能力,表明Mthfr66是Ndbn-20细胞内唯一有活性的5-CH3-THF脱氢酶。Mthfr66生理功能是催化将麦草畏脱甲基生成的5-CH3-THF转化为5,10-CH2-THF(进而自发或酶催化生成THF),从而使辅酶THF得到再生,使麦草畏脱甲基反应能循环进行。构建了dmt50+mthfr66共转基因拟南芥,共转的mthfr66基因可以解除5-CH3-THF对脱甲基酶Dmt50的反馈抑制,从而使共转基因拟南芥对麦草畏耐受性显著高于dmt50转基因拟南芥和非转基因拟南芥。本项目从生理、生化、遗传和蛋白结构角度揭示了Mthfr66 的结构、功能及其在THF依赖型脱甲基酶系统中THF再生中的作用,研究成果对深入研究四氢叶酸依赖型麦草畏脱甲基酶系统的分子机制以及利用这一系统构建耐受高浓度麦草畏转基因作物提供理论依据。
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
登录
查看更多内容
The Properties of 5-Methyltetrahydrofolate Dehydrogenase (MetF1) and Its Role in the Tetrahydrofolate-Dependent Dicamba Demethylation System in Rhizorhabdus dicambivorans Ndbn-20
5-甲基四氢叶酸脱氢酶 (MetF1) 的特性及其在二氢叶酸依赖性麦草畏去甲基化系统中的作用 Rhizorhabdus dicambivorans Ndbn-20
DOI:
10.1128/jb.00096-19
发表时间:
2019
期刊:
Journal of Bacteriology
影响因子:
3.2
作者:
[Yao Shigang, Chen Le, Yang Zhou, Yao Li, Zhu Jianchun, Qiu Jiguo, Wang Guoxiang, He Jian]
通讯作者:
He Jian
A Novel Degradation Mechanism for Pyridine Derivatives in Alcaligenes faecalis JQ135
粪产碱菌 JQ135 中吡啶衍生物的新降解机制
DOI:
10.1128/aem.00910-18
发表时间:
2018
期刊:
Applied and Environmental Microbiology
影响因子:
4.4
作者:
[Qiu Jiguo, Liu Bin, Zhao Lingling, Zhang Yanting, Cheng Dan, Yan Xin, Jiang Ji, ong, Hong Qing, He Jian]
通讯作者:
He Jian
Coexpression of Methyltransferase Gene dmt50 and Methylene Tetrahydrofolate Reductase Gene Increases Arabidopsis thaliana Dicamba Resistance
甲基转移酶基因dmt50和亚甲基四氢叶酸还原酶基因共表达提高拟南芥麦草畏抗性
DOI:
10.1021/acs.jafc.8b04944
发表时间:
2019
期刊:
Journal of Agricultural and Food Chemistry
影响因子:
6.1
作者:
[Chen Le, Yao Shigang, Chen Tao, Tao Qin, Xie Xiangting, Xiao Xiang, Ding Derong, He Qin, He Jian]
通讯作者:
He Jian
Cloning of a novel topramezone-resistant 4-hydroxyphenylpyruvate dioxygenase gene and improvement of its resistance through pressure acclimation
新型抗topramezone 4-羟苯基丙酮酸双加氧酶基因的克隆及通过压力驯化提高其抗性
DOI:
10.1016/j.enzmictec.2020.109642
发表时间:
2020
期刊:
Enzyme and Microbial Technology
影响因子:
3.4
作者:
[Sheng Mengyao, Liu Bin, Xu Jianyi, Peng Qian, Zhang Lei, Chen Kai, 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
共 7 条
氯乙酰胺除草剂还原脱卤降解途径的分子机制
-
批准号:--
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:58万元
-
批准年份:2021
-
负责人:何健
-
依托单位:
定向进化提高磺酰脲除草剂脱毒酯酶SulE催化效率及其机制
-
批准号:31970096
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:58.0万元
-
批准年份:2019
-
负责人:何健
-
依托单位:
四氢叶酸依赖型麦草畏脱甲基酶特性、结构和功能及其应用于抗除草剂转基因工程的可行性研究
-
批准号:31570105
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:65.0万元
-
批准年份:2015
-
负责人:何健
-
依托单位:
Sphingomonas sp. DC-6降解乙草胺的代谢途径及分子机制研究
-
批准号:31270157
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:80.0万元
-
批准年份:2012
-
负责人:何健
-
依托单位:
鞘氨醇杆菌JZ-1降解氯氰菊酯的代谢途径分析及菊酯水解酶PytH结构与功能的初步研究
-
批准号:30970099
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:30.0万元
-
批准年份:2009
-
负责人:何健
-
依托单位:
Pseudomonas sp.S113 抗磺酰脲乙酰乳酸合酶基因克隆和抗性研究
-
批准号:30500010
-
项目类别:青年科学基金项目
-
资助金额:26.0万元
-
批准年份:2005
-
负责人:何健
-
依托单位:
国内基金
海外基金