除草劑過量施用造成農(nóng)業(yè)面源污染是當(dāng)前我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展所面臨的重大問題之一。而利用微生物對農(nóng)藥降解實(shí)現(xiàn)農(nóng)藥面源污染的生物修復(fù),是未來最可行和最環(huán)保的手段。中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所微生物資源與生態(tài)組團(tuán)隊(duì)在前期對氯嘧磺隆高效降解菌“成剛菌屬嗜甲基短桿菌Chenggangzhangella methylocysteaceae CHL1”進(jìn)行全基因組測序的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步采用代謝組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)、基因編輯和實(shí)時(shí)熒光定量PCR等技術(shù),獲得該菌降解氯嘧磺隆的代謝途徑和關(guān)鍵降解基因。
研究發(fā)現(xiàn),通過代謝組學(xué)技術(shù)鑒定出菌株CHL1降解氯嘧磺隆有8種中間代謝物,可能涉及3條代謝途徑。轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)分析結(jié)果表明,菌株CHL1降解氯嘧磺隆不同時(shí)期的基因表達(dá)水平差異顯著,共有2725個差異表達(dá)基因,其中與異源物質(zhì)代謝相關(guān)的基因atzF和atzD以及與硫代謝相關(guān)的基因cysJ被預(yù)測參與菌株CHL1降解氯嘧磺隆的過程。該預(yù)測結(jié)果經(jīng)基因敲除、基因互補(bǔ)和實(shí)時(shí)熒光定量PCR等方法獲得驗(yàn)證。菌株CHL1降解氯嘧磺隆的途徑和基因表達(dá)水平結(jié)果表明,酶AtzF、AtzD、CysJ、SulE、GST、CopA、CrtD、CrtC和Limb可能參與菌株CHL1降解氯嘧磺隆的過程。本研究不僅加深了對氯嘧磺隆微生物降解機(jī)制的認(rèn)識,也為利用降解菌進(jìn)行磺酰脲類除草劑污染的生物修復(fù)技術(shù)研究提供重要科學(xué)依據(jù)。
該成果以“A Novel Pathway of Chlorimuron-ethyl Biodegradation by Chenggangzhangella methanolivorans Strain CHL1 and Its Molecular Mechanisms”為題于2022年發(fā)表在International Journal of Molecular Sciences(2區(qū)Top期刊,IF=6.208)。博士研究生于志雄為第一作者,徐明愷研究員、張惠文研究員為共同通訊作者,該研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(A類)黑土專項(xiàng)、中國科學(xué)院應(yīng)用生態(tài)研究所重大項(xiàng)目、沈陽市科技局重大科技成果轉(zhuǎn)化(雙百項(xiàng)目)、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。

圖1. 菌株CHL1降解氯嘧磺隆的代謝途徑

圖2. SulE、PnbA和GST對氯嘧磺隆的降解產(chǎn)物和降解途徑




