海洋细菌驱动重要有机氮氧化三甲胺(TMAO)生物地球化学循环的生化过程与分子机制
批准号:
91851205
项目类别:
重大研究计划
资助金额:
280.0 万元
负责人:
张玉忠
依托单位:
学科分类:
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:
李春阳、王鹏、王志彬、赵芳、周燕蓉、彭明、盛琪、董方、刘宁华
中文摘要
氧化三甲胺(TMAO)是海洋有机氮循环的重要载体物质。玫瑰杆菌(Roseobacter)是海洋中代谢TMAO的重要细菌类群,能够代谢TMAO产生易挥发性的甲基胺类物质,这些物质可以进入大气层并参与云的形成,从而对全球气候产生影响。目前海洋细菌吸收代谢TMAO的分子机制还不清楚。本项目综合运用微生物生理学、生物化学、结构生物学、酶学等技术,开展如下研究:首先,解析Roseobacter中TMAO转运系统的结构,揭示其转运TMAO的分子机制;其次,解析TMAO胞内代谢通路中关键酶的结构,揭示海洋细菌胞内代谢TMAO的分子机制;最后,通过测定TMAO代谢过程中各种酶的动力学参数,以及各个酶在TMAO等底物诱导情况下的转录表达水平,结合遗传学证据,阐明海洋细菌代谢TMAO的调控机制。研究结果将揭示海洋Roseobacter驱动TMAO生物地球化学循环的生化过程及分子机制,具有重要的理论意义。
英文摘要
TMAO(Trimethylamine N-oxide)is an important participant in global nitrogen cycle. Marine Roseobacter clade is an important bacterial group that metabolizes TMAO into volatile methylated amines. When released into the atmosphere through air-sea flux, these methylated amines can participate in forming cloud condensation nuclei that may influence the global weather and climate. However, the molecular mechanisms of many enzymes involved in TMAO metabolism are still unclarified. In this program, we will (1) solve the structure of TMAO transporter from Roseobacter and study the transport mechanism of TMAO, (2) solve the structures of key enzymes involved in TMAO metabolism pathway and reveal the molecular mechanism of intracellular TMAO metabolism in Roseobacter, and (3) determine the kinetic parameters of the key enzymes and the expression level of these enzymes under TMAO induction and reveal the regulation mechanism of TMAO metabolism with genetic evidence. The results of this program will uncover the biochemical progress and molecular mechanism of TMAO biogeochemical cycling driven by Roseobacter, which have important theoretical significance.
氧化三甲胺(TMAO)是海洋有机氮循环的重要载体物质。玫瑰杆菌(Roseobacter)是海洋中代谢TMAO的重要细菌类群,能够代谢TMAO产生易挥发性的甲基胺类物质,这些物质可以进入大气层并参与云的形成,从而对全球气候产生影响。但目前人们对玫瑰杆菌代谢TMAO的分子机制还了解很少。本项目综合运用微生物生理学、生物化学、结构生物学、酶学等技术,开展了如下研究:(1)解析了Roseobacter类群细菌中TMAO转运系统底物结合蛋白的结构,揭示了海洋细菌识别及结合TMAO的分子机制;(2)从海洋细菌中鉴定出三甲基胺TMA的转运蛋白TmaT并揭示了其转运机制;(3)解析了TMAO去甲基化酶Tdm的高分辨率电镜结构,揭示了其催化TMAO产生DMA的分子机制;(4)解析了DMA单加氧酶DmmABC复合物的电镜结构,揭示了其催化DMA产生MMA的分子机制;(5)解析了γ-谷氨酰甲胺合成酶GmaS不同状态的晶体结构,揭示了其催化MMA产生GMA的分子机制;(6)研究了TMAO转运及代谢过程中相关蛋白的动力学参数,揭示了海洋细菌代谢TMAO的动力学调控机制;(7)发现了海洋细菌可以通过胞内积累TMAO耐受高静水压的现象和机制。研究结果为阐明海洋细菌驱动TMAO生物地球化学循环的生化过程及分子机制提供了重要依据,具有重要的理论意义。
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
Mechanisms for Induction of Microbial Extracellular Proteases in Response to Exterior Proteins
微生物胞外蛋白酶响应外部蛋白质的诱导机制
DOI:
10.1128/aem.01036-20
发表时间:
2020
期刊:
Applied and Environmental Microbiology
影响因子:
4.4
作者:
[Yu-Zhong Zhang, Wei-Xin Zhang, Xiu-Lan Chen]
通讯作者:
Xiu-Lan Chen
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
Acrylate protects a marine bacterium from grazing by a ciliate predator
丙烯酸盐保护海洋细菌免遭纤毛虫捕食者的捕食
DOI:
10.1038/s41564-021-00981-1
发表时间:
2021
期刊:
Nature Microbiology
影响因子:
28.3
作者:
[Zhao-Jie Teng, Peng Wang, Xiu-Lan Chen, Richard Guillonneau, Chun-Yang Li, Song-Bao Zou, Jun Gong, Kai-Wen Xu, Lin Han, Chao Wang, David J. Scanlan, Yin Chen, Yu-Zhong Zhang]
通讯作者:
Yu-Zhong Zhang
Experimental evidence for long-term coexistence of copiotrophic and oligotrophic bacteria in pelagic surface seawater
富营养型细菌和寡营养型细菌在远洋表层海水中长期共存的实验证据。
DOI:
10.1111/1462-2920.15321
发表时间:
2020-11-21
期刊:
ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY
影响因子:
5.1
作者:
[Li, Yi, Wang, Zhi-Bin, Qin, Qi-Long]
通讯作者:
Qin, Qi-Long
Native architecture and acclimation of photosynthetic membranes in a fast-growing cyanobacterium.
快速生长的蓝藻中光合膜的原生结构和适应
DOI:
10.1093/plphys/kiac372
发表时间:
2022-10-27
期刊:
PLANT PHYSIOLOGY
影响因子:
7.4
作者:
[Zhao, Long-Sheng, Li, Chun-Yang, Chen, Xiu-Lan, Wang, Qiang, Zhang, Yu-Zhong, Liu, Lu-Ning]
通讯作者:
Liu, Lu-Ning
共 29 条
海洋微生物驱动有机硫DMSP循环的新类群、新机制与代谢调控
-
批准号:32330001
-
项目类别:重点项目
-
资助金额:229万元
-
批准年份:2023
-
负责人:张玉忠
-
依托单位:
深海细菌参与D-氨基酸再循环利用的生命过程、机制及相关酶资源应用潜力评价
-
批准号:U1706207
-
项目类别:联合基金项目
-
资助金额:282.0万元
-
批准年份:2017
-
负责人:张玉忠
-
依托单位:
玫瑰杆菌(Roseobacter)参与海洋表层有机硫DMSP循环的机制及生理生态学适应的生物化学基础
-
批准号:31630012
-
项目类别:重点项目
-
资助金额:269.0万元
-
批准年份:2016
-
负责人:张玉忠
-
依托单位:
南海深海有机质的生物降解过程、机制及微生物在碳循环的作用
-
批准号:91228210
-
项目类别:重大研究计划
-
资助金额:300.0万元
-
批准年份:2012
-
负责人:张玉忠
-
依托单位:
深海适冷菌分泌的新结构的胞外多糖合成基因簇的克隆、序列分析及合成机制研究
-
批准号:30770062
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:35.0万元
-
批准年份:2007
-
负责人:张玉忠
-
依托单位:
蓝藻和红藻藻胆体中连接蛋白进化的生物信息学和比较蛋白质组学研究
-
批准号:40676078
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:35.0万元
-
批准年份:2006
-
负责人:张玉忠
-
依托单位:
生孢噬纤维菌的生活史及降解纤维素机制的AFM研究
-
批准号:30270022
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:20.0万元
-
批准年份:2002
-
负责人:张玉忠
-
依托单位:
深海适冷菌分泌的适冷蛋白酶的性质及适冷催化机理
-
批准号:40276047
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:25.0万元
-
批准年份:2002
-
负责人:张玉忠
-
依托单位:
纤酶分子的三维构象及其对纤维素降解机制的STM研究
-
批准号:39700002
-
项目类别:青年科学基金项目
-
资助金额:10.0万元
-
批准年份:1997
-
负责人:张玉忠
-
依托单位:
国内基金
海外基金