环境因子对海洋细菌Pseudoalteromonas agarivorans Hao2018胞外多糖构效关系的影响及组学分析

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我国海洋面积大,海水中的微生物资源丰富,海洋细菌是其中数量最多的一类。由于生存环境的复杂性及特殊性,海洋细菌能够分泌结构新颖且有高生物活性的胞外多糖。胞外多糖在海洋细菌的自我保护过程中起着重要的作用。环境污染造成的海洋酸化和气温变暖问题日益加剧,迫使海洋细菌通过调节胞内和胞外物质的代谢响应这些环境条件的改变。目前鲜见关于环境条件影响海洋细菌胞外多糖结构和生物学活性的报道。本研究以分离自皱纹盘鲍幼苗体表的细菌Pseudoalteromonas agarivorans(P.agarivorans)Hao 2018为研究对象,解析不同环境条件下该菌胞外多糖的初级结构及生物学活性的变化,分析环境因子对胞外多糖构效关系的影响。通过基因组和转录组测序,绘制该菌完整的基因组图谱,分析碳水化合物的代谢调控。得到的研究结果如下:分离得到了不同环境条件(温度、pH和海盐浓度)下P.agarivorans Hao2018的胞外多糖;通过水提醇沉法提取胞外粗多糖;以sevage法去除游离蛋白质;DEAE阴离子交换柱和Sephadex葡聚糖凝胶柱层析等方法纯化多糖;透析除盐;冻干后得到胞外多糖纯品。解析了胞外多糖的单糖组成、糖苷键构型、糖环形式及甲基化程度。胞外多糖的单糖组成为葡萄糖、甘露糖和鼠李糖,单糖比例在不同环境条件下会发生改变。与优化的发酵条件(25℃、pH8、海盐浓度4.5%)相比,环境因子的改变均不同幅度地引起甘露糖比例的升高和葡萄糖比例的下降,其中pH的变化引起单糖组成比例变化最大,甘露糖比例从4.5%(pH8)升高到35.96%(pH9),葡萄糖比例从92.90%(pH8)下降到59.36%(pH9)。红外光谱分析结果表明:温度和pH的改变均提高了胞外多糖的甲基化程度;随着温度的升高,糖苷键构型呈现出α→α+β→α的变化过程,pH和海盐浓度引起的胞外多糖构型变化规律与温度相近;糖环形式随温度的升高出现吡喃型(15℃)→吡喃型(25℃)→呋喃型(35℃)的转变过程,随pH的增大出现呋喃型(pH7)→吡喃型(pH8)→呋喃型(pH9)的转变过程,随海盐浓度的升高出现呋喃型(3.5%)→吡喃型(4.5%)→吡喃型(5.5%)的转变过程。抗氧化活性的研究中发现胞外多糖对OH·和O2·-清除能力较高,总还原力低于抗坏血酸。温度的改变可以提高胞外多糖清除OH·和O2·-的能力,其中EPS-35℃的清除能力最高,达到22.13%(OH·)和36.78%(O2·-);pH的改变也提高了胞外多糖清除OH·和O2·-的能力,EPS-pH9的清除能力达到28.63%(OH·)和40.41%(O2·-);不同海盐浓度条件下的胞外多糖对OH·的清除能力稳定在18%左右,O2·-的清除能力在29%32%之间。进一步的构效关系分析表明,甘露糖比例的提高可以增强胞外多糖对OH·和O2·-的捕获能力;甲基化有利于胞外多糖抗氧化活性的提高;糖苷键构型为α的胞外多糖的抗氧化活性优于α+β构型的胞外多糖;含呋喃型糖环的胞外多糖,抗氧化活性优于吡喃型的多糖。P.agarivorans Hao2018的基因组由2条环形染色体和1个质粒组成。转录组分析表明,该菌稳定期前期(24 h)与对数生长期前期(2 h)相比,1189个基因表达上调,1088个基因表达下调。与葡萄糖代谢相关的基因上调表达,与甘露糖转化和代谢相关的基因下调表达,这与该菌在优化条件下单糖的组成(葡萄糖﹕甘露糖﹕鼠李糖=92.90﹕4.50﹕2.60)结果相呼应。该结果为研究该菌响应环境因子变化的代谢调控机制奠定了基础。
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