米曲霉M-4降解3-苯氧基苯甲酸关键酶的基因筛选及其酶解机理研究
批准号:
31871770
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
刘书亮
依托单位:
学科分类:
食品微生物学
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
邹立扣、何利、刘爱平、祝元婷、潘婉舒、王兴洁、王瑞
中文摘要
拟除虫菊酯类农药是目前广泛施用的杀虫剂,该类农药降解的必经中间产物—3-苯氧基苯甲酸(3-PBA)结构非常稳定,会导致其母体农药的生物矿化降解受阻和农产品二次污染,间接地使农药残留问题更加严峻。国内外目前尚未对3-PBA降解酶开展深入系统的研究。本项目拟以源于酱油曲的3-PBA高效降解菌—米曲霉M-4(Asp. oryzae M-4)为对象,利用现代分子生物学和生化相关技术,开展全基因组和转录组测序与基因注释,筛选3-PBA降解关键酶候选基因,采用酶基因克隆表达和基因敲除技术,确定3-PBA降解关键酶,研究酶结构与酶学特性,阐明发酵食品源米曲霉M-4对拟除虫菊酯类农药及其关键中间产物3-PBA的降解机理。该研究成果不仅可为食品中残留拟除虫菊酯类农药及3-PBA的生物降解与控制奠定理论基础,而且可为3-PBA结构类似物的其他二苯醚类农药的酶法降解提供借鉴,具有重要的理论意义和应用价值。
英文摘要
Pyrethroid pesticides have been widely applied in agricultural production. The major metabolite of pyrethroids, 3-phenoxybenzoic acid (3-PBA), is chemically stable and easily accumulates in various environments, which hinders the pathway by which its parent pesticides are completely degraded into non-toxic small molecules, thus indirectly making the problem about pesticide residues in food more serious. The enzymes and relevant encoding genes for degrading 3-PBA are largely unstudied. To address this gap, based on highly efficient 3-PBA-degrading strain Aspergillus oryzae M-4 isolated from soy sauce koji, we utilized a series of modern molecular biology and biochemistry techniques to carry out whole genome and whole transcriptome sequencing and gene annotations, to screen tentative genes encoding key enzymes for degrading 3-PBA, to clone and express 3-PBA-degrading enzymes, in combination with gene knockout technique for finally double-checking the key degrading enzymes, as well as biochemical tools for enzymatic structure and characteristics, ultimately illuminating the biodegradation mechanism of pyrethroids and 3-PBA by fermented foods-origin M-4. The results will not only lay a foundation for biodegradation and control of pyrethroid residues and 3-PBA in foodstuffs, but also provide guidance for the enzymatic degradation of other categories of diphenyl ether pesticides, the analogues of 3-PBA. Therefore, the research possesses both considerable theoretical and practical values.
广泛施用的拟除虫菊酯类农药(PYRs)降解的必经中间产物—3-苯氧基苯甲酸(3-PBA)在造成农产品二次污染的同时,也会导致其母体农药生物矿化降解受阻,间接地使农药残留问题更加严峻。本项目重点研究了食品源高效降解3-PBA菌株的特性、途径及机理。米曲霉M4在3-PBA降解初期可将其短暂还原生成毒性相对较低的3-苯氧基苄醇(3-PBlc),随3-PBA羟基化生成水溶性更强的HO-3-PBA,3-PBlc又转化生成3-PBA,最终实现3-PBA完全降解,下游产物HO-3-PBA进一步羟基化生成(HO)2-3-PBA。3-PBA降解率不完全与M4菌体生物量成正比,富集培养基较营养更充分的马铃薯液体培养基更利于M4对3-PBA的降解。0.1 g/L Fe2(SO4)3、MnSO4、ZnSO4可分别促进M4的生长及其对3-PBA的降解,三种金属离子复合使用促进作用更加显著。初始高剂量3-PBA(约100 mg/L)较低剂量(约25 mg/L)可诱导M4生长态细胞和静息细胞代谢合成更多参与3-PBA还原和羟基化的酶。通过全基因组及转录组生物信息学分析,结果表明M4生长态细胞从氧化应激、DNA修复和膜转运三个方面参与了3-PBA应激解毒。M4静息细胞从氧化应激和膜转运两方面参与3-PBA应激解毒,3-PBA对静息细胞基因毒性作用较生长态细胞小。同时,从鞘氨醇单胞菌SC-1中筛选到降解3-PBA关键酶基因sca,其基因工程菌全细胞、静息细胞、全细胞破碎液均可降解3-PBA,将细胞破碎液离心分离得到细胞破碎上清和细胞碎片液对3-PBA的降解作用不理想。静息细胞可降解4'-HO-3-PBA和3'-HO-4-PBA,但不降解氟磺胺草醚,推测该基因具有断裂与3-PBA结构类似物的二苯醚键的功能。项目研究成果为食品和饲料中残留PYRs和3-PBA的减除提供了重要的理论基础和食品用安全微生物资源。
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
Current insights into the microbial degradation for pyrethroids: strain safety, biochemical pathway, and genetic engineering.
目前对拟除虫菊酯微生物降解的见解:菌株安全性、生化途径和基因工程。
DOI:
10.1016/j.chemosphere.2021.130542
发表时间:
2021
期刊:
Chemosphere
影响因子:
8.8
作者:
[Tianye Zhao, Kaidi Hu, Jianlong Li, Yuanting Zhu, Aiping Liu, K. Yao, Shuliang Liu]
通讯作者:
Shuliang Liu
DOI:
10.13343/j.cnki.wsxb.20200634
发表时间:
2021
期刊:
微生物学报
影响因子:
--
作者:
[赵恬叶, 张梦梅, 陈媛, 王熙, 刘爱平, 何利, 邹立扣, 李建龙, 刘书亮]
通讯作者:
刘书亮
DOI:
10.1111/jam.15450
发表时间:
2022-01
期刊:
Journal of Applied Microbiology
影响因子:
4
作者:
[Jing Lai;Yuanting Zhu;Xu-duo Liao;Mengmei Zhang;Jianlong Li;Qin Li;Aiping Liu;Li He;]
通讯作者:
Jing Lai;Yuanting Zhu;Xu-duo Liao;Mengmei Zhang;Jianlong Li;Qin Li;Aiping Liu;Li He;
DOI:
10.1016/j.jhazmat.2020.124350
发表时间:
2020-10
期刊:
Journal of hazardous materials
影响因子:
13.6
作者:
[Mengmei Zhang;Yunling Wen;Xiaoli Luo;Xingjie Wang;Jianlong Li;Aiping Liu;Li He;Shujuan Chen;X. Ao;Yong Yang;L. Zou;Shuliang Liu]
通讯作者:
Mengmei Zhang;Yunling Wen;Xiaoli Luo;Xingjie Wang;Jianlong Li;Aiping Liu;Li He;Shujuan Chen;X. Ao;Yong Yang;L. Zou;Shuliang Liu
Purification and characterization of a novel cypermethrin-hydrolyzing esterase from Bacillus licheniformis B-1
地衣芽孢杆菌 B-1 中新型氯氰菊酯水解酯酶的纯化和表征
DOI:
10.1111/1750-3841.15662
发表时间:
2021
期刊:
Journal of Food Science
影响因子:
3.9
作者:
[Mengmei Zhang, Wen Lai, Yuanting Zhu, Shujuan Chen, Kang Zhou, Xiaolin Ao, Li He, Yong Yang, Likou Zou, Aiping Liu, Kai Yao, Shuliang Liu]
通讯作者:
Shuliang Liu
共 13 条
枯草芽孢杆菌源拟除虫菊酯类农药降解酯酶Est13分子结构与适冷机制研究
-
批准号:32472470
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:50.00万元
-
批准年份:2024
-
负责人:刘书亮
-
依托单位:
国内基金
海外基金