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紫色非硫细菌的砷代谢机制
  • ISSN号:0001-6209
  • 期刊名称:微生物学报
  • 时间:2012
  • 页码:1497-1507
  • 分类:Q938[生物学—微生物学]
  • 作者机构:[1]华侨大学生物工程与技术系,厦门361021, [2]山东大学,微生物技术国家重点实验室,济南250100
  • 相关基金:国家自然科学基金(31070054 31270106); 福建省自然科学基金(2010J01209 2012J01136); 中国科学院城市环境与健康重点实验室基金(KLUEH201005).
  • 相关项目:基于色素蛋白复合体的DSSC的新型宽光谱高效染料的筛选与合成
中文摘要:

【目的】系统阐述紫色非硫细菌(PNSB)砷代谢机制和砷代谢基因簇的进化关系。【方法】通过生物信息学方法分析了PNSB砷代谢基因簇的分布、组成、排布方式。采用UV-Vis和HPLC-ICP-MS方法,研究了3个PNSB种类对砷的抗性、砷形态及价态的转化、砷在细胞中的积累和分布以及磷酸盐对As细胞毒性的影响。【结果】砷基因簇分析表明:已公布全基因组序列的17个PNSB菌株基因组中均含有以ars operon为核心的砷代谢基因簇,由1-4个操纵子组成,主要含有与细胞质砷还原和砷甲基化代谢相关的基因,但基因的组成和排列方式因种和菌株而异,尤其是arsM和两类进化来源不同的arsC。实验结果表明:光照厌氧条件下,3个PNSB种类对As(Ⅴ)和As(Ⅲ)均具有抗性,As(Ⅴ)和As(Ⅲ)均能进入细胞;在胞内As(Ⅴ)能够还原为As(Ⅲ)并被排出胞外,但不能将As(Ⅲ)氧化为As(Ⅴ),也未检测到甲基砷化物;磷酸盐浓度升高,能够抑制As(Ⅴ)进入细胞,降低As(Ⅴ)对细胞的毒性,而不能抑制As(Ⅲ)进入细胞。【结论】PNSB砷代谢机制主体为细胞质As(Ⅴ)还原,也还有砷甲基化途径。通过对砷代谢基因簇结构多样性特点和进化方式分析,提出了与Rosen不同的ars operon进化途径。这对深入开展PNSB砷代谢和基因之间的相互作用研究奠定基础。

英文摘要:

[Objective]To elucidate the arsenic metabolic pathway of purple nonsulfur bacteria(PNSB).[Methods]We investigated the distribution within their genomes,organization,composition,arrangement,core genes and coding proteins of arsenic gene clusters found in complete genome from 17 strains of PNSB by comparing the genomes analysis,and studied the arsenic metabolism in 3 members of PNSB under anaerobic conditions by UV-Vis and HPLC-ICP-MS.[Results]Arsenate reduction and arsenite methylation pathways mediated by ars operon are the dominating arsenic metabolic processes.The arsenic gene clusters differ vastly in composition and arrangement.Some members of PNSB evolved two independently families of arsenate reduction genes(arsC).The cells of Rhodopseudomonas palustris CQV97,Rhodobacter azotoformans 134K20 and Rhodobacter capsulatus XJ-1 could reduce As(Ⅴ) to As(Ⅲ),whereas As(Ⅲ) could not be transformed back to As(Ⅴ).Higher concentration phosphate competitively inhibited arsenate toxicity to cells.[Conclusion]Our investigations shed light on the evolution and functional implications in arsenic gene clusters of PNSB,and support the notion that arsenate reduction and arsenite methylation appears to be the dominant process in PNSB.

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期刊信息
  • 《微生物学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国微生物学会 中国科学院微生物研究所
  • 主编:谭华荣
  • 地址:北京市朝阳区北辰西路3号中国科学院微生物研究所B401室
  • 邮编:100101
  • 邮箱:actamicro@sun.im.ac.cn
  • 电话:010-64807516
  • 国际标准刊号:ISSN:0001-6209
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1995/Q
  • 邮发代号:2-504
  • 获奖情况:
  • 国家优秀期刊二等奖,中科院优秀期刊二等奖,中国科协首届优秀科技期刊二等奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国化学文摘(网络版),波兰哥白尼索引,荷兰文摘与引文数据库,美国生物医学检索系统,美国生物科学数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:21879