菌株Sphingobium sp. Na-1代谢除草剂敌草胺手性异构体的分子机制
结题报告
批准号:
31870087
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
蒋建东
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:
闯绍闯、黄俊伟、阮哲璞、贾伟彬、杭萍
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中文摘要
具有手性异构体的农药在全球农药市场中占有重要地位。手性农药的不同异构体通常具有不同的生物活性和生态毒理,因此,其异构体在环境中的消亡动态成为关注的热点。敌草胺作为一类重要的酰胺类除草剂,然而其微生物参与的代谢转化、尤其是其不同手性异构体的代谢机制研究却十分滞后。本项目将以分离获得的一株能同时降解S-和R-敌草胺两种手性异构体、但降解方式不同的菌株Sphingobium sp. Na-1为研究对象,克隆起始降解敌草胺手性异构体的双加氧酶基因,阐明双加氧酶的催化机制以及对不同手性底物双加氧位置发生差异的机制,揭示S-敌草胺的完整代谢途径和下游途径关键酶基因,最终阐明菌株Na-1代谢敌草胺手性异构体的分子机制。项目成果不仅能丰富手性农药的微生物代谢机制理论,为手性农药环境污染风险评估、安全使用及微生物修复提供技术指导,甚至能为实现敌草胺手性拆分特定酶的改造提供理论指导。
英文摘要
Pesticides with chiral isomers occupy an important position in the global pesticide market. As the different isomers of chiral pesticides show different biological activities and ecotoxicological activities, the dynamics of the disappearance of different isomers in the environment are of great concern. Napropamide is an important herbicide belonging to the amide herbicides. However, its microbial degradation and transformation, especially the molecular catabolic mechanism involved in the catabolism of different chiral isomers, largely remains unknown. In this project, on the basis of a previously isolated strain of Sphingobium sp. Na-1, which can degrade both chiral isomers (S-Napropamide and R-Napropamide), while in a different metabolic pathway, we will clone the dioxygenase genes responsible for the initial degradation of both chiral isomers of napropamide; elucidate the catalytic mechanism of the identified dioxygenase as well as the mechanism underlying the different dioxygenation positions for different chiral isomers; reveal the complete metabolic pathway of S-napropamide as well as the key genes involved in the downstream pathway of S-napropamide. We will fully elucidate the catabolic mechanism of two chiral isomers of napropamide in the molecular level in strain Na-1. The outcomes of this project will not only enrich our theory of microbial metabolism of chiral pesticides, provide technical guidance for the risk assessment, safe application and bioremediation of chiral pesticides, but also provide theoretical guidance for the rational design of specific enzymes for pesticide chiral separation.
具有手性异构体的农药在全球农药市场中占有重要地位。手性农药的不同异构体通常具有不同的生物活性和生态毒理,因此,其异构体在环境中的消亡动态成为关注的热点。敌草胺作为一类重要的酰胺类除草剂,然而其微生物参与的代谢转化、尤其是其不同手性异构体的代谢机制研究却十分滞后。本项目从生产敌草胺的农药厂土壤里筛选分离到两株敌草胺高效降解菌株Sphingobium sp. strain A1和Sphingobium sp. strain B2,发现菌株A1和菌株B2对R-/S-敌草胺的降解能力和降解途径均存在较大差异,揭示了菌株Sphingobium sp. A1和B2中R-/S-敌草胺两种手性异构体的完整代谢途径;克隆到催化敌草胺酰胺键断裂的酰胺酶基因snaH,揭示了SnaH对R-敌草胺(R-NAP)和R-敌草胺(S-NAP)手性选择性机制;S构型Zn配位O原子与羰基C原子距离较近,O原子的电子容易进攻C核,从而形成反应步骤中的过渡态复合物;而R构型的配体分子因位阻而远离W72和配位O原子,从而妨碍了过渡态复合物的形成。克隆到催化S-NAP 产物S-2-(1-萘氧基)丙酸(S-NP)醚键断裂的双加氧酶基因snpd,揭示了Snpd专一性催化S-NP的手性特异性机制,Snpd与S-NP的结合力显著强于R-NP,且S-NP手性中心的H原子与Fe配体O=原子距离更近。项目成果不仅能丰富手性农药的微生物代谢机制理论,为手性农药环境污染风险评估、安全使用及微生物修复提供技术指导,甚至能为实现敌草胺手性拆分特定酶的改造提供理论指导。
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Preferential catabolism of the (S)-enantiomer of the herbicide napropamide mediated by the enantioselective amidohydrolase SnaH and the dioxygenase Snpd in Sphingobium sp. strain B2
由对映选择性酰胺水解酶 SnaH 和双加氧酶 Snpd 介导的除草剂敌草胺的 (S)-对映体在鞘氨醇 sp. 中的优先分解代谢。
DOI:10.1111/1462-2920.14847
发表时间:2019-11-14
期刊:ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY
影响因子:5.1
作者:Huang,Junwei;Chen,Dian;Jiang,Jiandong
通讯作者:Jiang,Jiandong
Coinducible Catabolism of 1-Naphthol via Synergistic Regulation of the Initial Hydroxylase Genes in Sphingobium sp. Strain B2
通过鞘氨醇菌初始羟化酶基因的协同调节 1-萘酚的共诱导分解代谢。
DOI:10.1128/aem.00170-21
发表时间:2021-03
期刊:Applied and Environmental Microbiology
影响因子:4.4
作者:Huang Junwei;Chen Dian;Kong Xiangkun;Wu Shurui;Chen Kai;Jiang Ji;ong
通讯作者:ong
Mineralization of the herbicide swep by a two-strain consortium and characterization of a new amidase for hydrolyzing swep
两种菌株联合体对除草剂清扫物的矿化以及用于水解清扫物的新型酰胺酶的表征
DOI:10.1186/s12934-020-1276-9
发表时间:2020-01-07
期刊:MICROBIAL CELL FACTORIES
影响因子:6.4
作者:Zhang,Long;Hang,Ping;Jiang,Jiandong
通讯作者:Jiang,Jiandong
Enantioselective Catabolism of Napropamide Chiral Enantiomers in Sphingobium sp. A1 and B2
鞘氨醇菌中敌草胺手性对映体的对映选择性分解代谢。
DOI:10.1021/acs.jafc.9b00707
发表时间:2019
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry
影响因子:6.1
作者:Huang Junwei;Chen Dian;Cheng Xiaokun;Liu Guiping;Wang Guoxiang;Jiang Ji;ong
通讯作者:ong
Stereoselective catabolism of compounds by microorganisms: Catabolic pathway, molecular mechanism and potential application
微生物对化合物的立体选择性分解代谢:分解代谢途径、分子机制和潜在应用
DOI:10.1016/j.ibiod.2019.104822
发表时间:2020-01-01
期刊:INTERNATIONAL BIODETERIORATION & BIODEGRADATION
影响因子:4.8
作者:Chen, Dian;Wu, Shurui;Jiang, Jiandong
通讯作者:Jiang, Jiandong
基于电化学厌氧反应器-基因组代谢模型构建揭示土壤污染生物修复的动力学过程及机制
  • 批准号:
    41961144024
  • 项目类别:
    国际(地区)合作与交流项目
  • 资助金额:
    175万元
  • 批准年份:
    2019
  • 负责人:
    蒋建东
  • 依托单位:
除草剂利谷隆的微生物代谢机制与矿化关键菌群的结构与功能
  • 批准号:
    31670111
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    蒋建东
  • 依托单位:
百菌清水解脱氯酶Chd的催化机制研究及酶的改造
  • 批准号:
    31070100
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    35.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    蒋建东
  • 依托单位:
Pseudomonas putida DLL-1甲基对硫磷趋化基因的克隆及其与降解基因的关系研究
  • 批准号:
    30600016
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2006
  • 负责人:
    蒋建东
  • 依托单位:
国内基金
海外基金