红藻附生琼胶峰解细菌的分离鉴定及HQM9琼胶酶研究

摘要

对红藻门江蓠和石花菜附生的琼胶降解细菌进行了系统的分离，共筛选得到琼胶降解细菌25株，选择其中有代表性的15株进行了分子鉴定，其中13株可以鉴定到属。鉴定结果表明这些细菌主要分布在Agarivorans，Cellulophaga，Alteromonas，Saccharophagus，Glaciecola，Vibrio六个属中，另外，基于16Sr DNA序列分析和系统发育分析，初步推断WH0801为噬琼胶菌属(Agarivorans)的一个新种；JL1为交替单胞菌科(Alteromonadales)一个新属新种；HQM9为黄杆菌科(Flavobacteriaceae)的一个新种。
　　 对海洋细菌WH0801进行了菌种鉴定：根据16S rDNA序列分析，细菌WH0801和Agarivorans albus MKT106T序列同源性为96.1％，可以初步确定细菌WH0801属于噬琼胶菌属(Agarivorans)。经过形态学、生理生化特性、脂肪酸分析、DNA杂交结果和产酶差别综合分析，细菌WH0801与目前已发表的噬琼胶菌属唯一种--白色噬琼胶菌不同，而是噬琼胶菌属(Agarivorans)的一个新种，根据其特征将其命名为淡黄色噬琼胶菌(Agarivorans gilvus)，其模式菌株为WH0801T(=CGMCC1.10131T=NRRL B-59247T)。
　　 在研究中分离到一株具琼胶降解能力、产黄色素的细菌，暂命名为HQM9。16S rDNA的测序结果表明该菌属于黄杆菌科(Flavobacteriaceae)，与该科中明确鉴定到种的Aquimarina intermedia LMG23204T有最大的相似度，仪为95.19％，同时与该科中其他成员系统发育关系显示，HQM9与黄杆菌科中的成员进化距离都较远，可以初步推断细菌HQM9为黄杆菌科的一个新的成员。
　　 对细菌HQM9的产酶条件、粗酶液性质进行初步研究。结果显示，最佳产酶条件为初始pH7.5，发酵温度28℃，2.5％的NaCl浓度，碳源和氮源分别为琼脂和蛋白胨，琼脂对琼胶酶的产生有明显的诱导作用，但琼胶酶的产生不完全受底物--琼脂的诱导；粗酶液的最适酶促反应条件：温度40-45℃，pH为7.0，底物浓度为1.2％，多种金属离子抑制酶活。利用活性电泳对粗酶液中的琼胶酶的酶谱分析结果显示，HQM9的发酵液中至少分泌八种琼胶酶组分。
　　 完成了细菌HQM9全基因组测序，根据BLAST结果推断，该菌具有28个可能的琼胶酶基因，其中13个属于GH16家族，其余的15个分类地位暂不明确。对其中两个GH16家族的基因aga16G和aga16Y进行了生物信息学分析，结果表明与aga16G具有最大同源性的蛋白质序列相似度仅为47％；aga16Y与已知琼胶酶的相似度较高，为87％。根据aga16G和aga16Y的基因序列设计引物(包括酶切位点和启动子)，扩增目的片段，然后将基因亚克隆到原核表达载体pET24a，构建表达载体pET24a-aga16G/aga16Y，转化大肠杆菌BL21。IPTG诱导后检测到菌体内有大量蛋白表达，且发酵上清液中能够检测到琼胶酶活性，证明基因aga16G和aga16Y都为琼胶酶基因，综合其序列相似性分析，可以初步确定基因aga16G和aga16Y都为新的琼胶酶基因，表达后的重组琼胶酶命名rAga16G和rAga16Y。
　　 对rAga16Y进行了进一步的研究表明表达产物主要是以包涵体的形式存在于菌体内。利用High-Affinity Ni-IDA Resin亲和柱纯化重组蛋白，透析复性后检测酶活，Native-PAGE进行酶谱分析，获得纯化的重组琼胶酶rAga16Y，对其酶学性质进行初步研究。结果表明rAga16Y最适的酶促反应条件为：底物(琼脂糖)浓度1.5％、温度55℃、pH8.0。另外，K+对酶促反应有促进作用，多种金属离子(Zn2+、Mn2+、Cu2+、Pb2+、Co2+)会不同程度的抑制酶促反应的进行。