环境微生物群落功能基因与表达分析
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始浓度1000mg/L的菲在14天内降解率分别为98%和60%。
• 研究发现，在该细菌基因组Sal I酶切片断得到phnGH I 基因簇，表明phnGH I基因簇依次为谷胱甘肽硫转移酶编 码基因（phnG）, 2-羟粘康酸半醛（HMS）水解酶编码基 因（phnH）以及邻苯二酚2,3-双加氧酶基因（phnI）。
全长924 bp，G+C含量为60.30，具有一个完整的开放阅读 框，编码306个氨基酸残基，理论分子量为34300Da,等电点
为5.05,是一条疏水性酸性多肽链，与Pseudomonas putida 中xyl E因所编码的C23O酶蛋白亚基特性比较相似。
9
10
二、氨单加氧酶基因
• 氨氧化是氮素循环的关键环节之一，是废水处理系统中脱氮 的初始阶段。氨单加氧酶（Ammonia monooxygenase，AMO） 是氨氧化细菌（ammonia oxidizing bacteria，AOB）中将
上不具有协同性。
14
• 除了16S rRNA外，来源于已知种属的amoA序列的
数据为氨氧化细菌的分子生物学多态性提供了有 力的证据。从11个硝化废水处理厂分离到122个
amoA序列，系统发育分析显示只有在两个硝化废
水处理厂检测到了亚硝化单胞菌。尽管获得的
amoA序列与已知的氨氧化细菌相关性很差，但是
这些序列还不能完个证实在废水处理厂中存在以 前未知的种。
15
三、有机磷Βιβλιοθήκη Baidu解酶基因
• 有机磷类毒剂是一类神经麻痹性毒剂。可以作用于 乙酸胆碱酯酶.使得神经细胞始终处于兴奋状态。 有机磷类毒剂被广泛用作农药和战争化学武器，由 于其对人和动物的高毒性，这类化合物的生物降解 很早就受到重视。
• 有机磷农药中对硫磷的微生物降解是研究得最早、 最为清楚的一种有机磷化合物。
第6章 环境微生物群落功能基因
与表达分析
1
第一节 环境微生物群落功能基因
与定位
2
• 在自然界的各类环境中，都有微生物的存在，它们在 各自的“岗位”上都发挥着或大或小、或多或少的作 用。
• 有一些具有特殊功能的微生物，由于其作用的重要性 或特殊性而受到人们的广泛关注，这些具有特殊功能 的微生物叫做功能微生物，如氨氧化细菌、硫细菌、 硝化细菌等。它们在分类学上有可能差异很大，但却 具有相同或类似的基因使其能够发挥同样的作用。
氨氧化成羟胺的惟一功能酶。amoA基因编码氨单加氧酶的活
性位点。
• amoA基因是多拷贝的，同一菌株其序列完全同源，不同菌株 序列相似性有很大差异，amoA基因的序列多态性可以在一定
程度上反映氨氧化细菌的生物多样性。
11
上海交通大学赵立平等建立了amoA基因克隆文库，并根据获得的amoA基
因序列构。建了系统发育树，依据序列同源相似性将其分为三类。
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7
• phnH基因共编码283个氨基酸。其中包括27个碱性氨基酸
36个酸性氨基酸,113个疏水氨基酸和51个极性氨基酸.蛋 白质分子量推导为31.3kDa,等电点为5.7，G十C含量为 62.09%。 • 对该推导蛋白质二级结构预测显示该蛋白质主要为α螺旋 和β链结构。
8
• phnI（C23O）基因序列测定与分析结果表明，该基因片段
• 支配这些功能细菌发挥重要功能的基因被称为功能基
因，如amoA、dsrB、nxrA。
3
一、多芳香烃降解基因
4
• 多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs） 是指两个以上苯环以稠环形式相连的化合物，是一类广 泛存在于环境中的致癌性有机污染物。
• 多环芳烃具有潜在毒性、致癌性及致畸诱变作用，对人 类健康和生态环境具有很大的潜在危害。随着苯环数量 增加，其水活性越低，脂溶性越强，在环境存在时间越 长，遗传毒性越高，其致癌性随着苯环数的增加而增强。 在20世纪80年代美国环保局把16种未带分支的多环芳烃 确定为环境中的优先污染物。
相当时，氨氧化去除效率最低。
13
• Ulrike等研究了17个氨氧化细菌的amoA基因， 其中包括10个亚硝化单胞菌（Nitrosomonas）和 活动亚硝化球菌（Nitrosococcus mobilis），
未被培养的三个亚硝化单胞菌和嗜盐亚硝化细菌
（Nitrosococcus halophilus）等。以16S rRNA 和amoA分别作为分子标记，表明二者在进化关系
• mpd基因是近年来报道的一个新有机磷农药水解基因，其 基因序列和编码的氨基酸序列与opd完个不同。
17
第二节 环境微生物群落功能基因
表达分析
18
一、Northern Blotting杂交技术
• Northern杂交指DNA与RNA的分子杂交，与Southern 杂交一样也需要标记DNA探针。只是将电泳分离的 RNA而不是DNA从凝胶中转移至固相支待物上。
12
赵立平等研究上海炼焦厂A/O2废水处理
系统脱氮工艺时，通过amoA基因的序列
多态性分析氨氧化细菌的生物多样性。
在氨去除效率不同时，氨氧化细菌的数 量不间，即优势种群有很大的差异。具
有第三类amoA基因的氨氧化细菌在氨氧 化过程中效率较高。当具有第一类amoA
基因的氨氧化细菌占优势时，具有第二
类和第三类amoA基因的氨氧化细菌数量
• PAHs在土壤中的归宿，主要有挥发作用，非生物丢失 （如水解、淋溶）作用，生物降解作用。
• 许多研究表明。生物降解是土壤中PAHs去除的主要机制。
5
• 闵航等在研究菲降解菌时以菲为惟一碳源，在浙江大学 华家池校实验工厂油污土壤分离得到两株菲降解菌，分
别命名为ZX4（少动鞘氨醇单胞菌，Sphingomonas paucimobilis）和EVA17（Sphingomonas sp.）菌株对初
16
• Pseudomonas diminuta和Flavobacterium sp.ATCC27551
是最早分离的有机磷农药降解菌。从两菌中均克隆到有
机磷农药水解酶基因opd。 • 对opd基因编码的有机磷水解酶的结构与功能进行了详细
的研究。该酶已被结晶并测定了空间结构。其活性氨基 酸位点也已经被解析清楚。成为蛋白质结构和功能研究 的极佳材料。
• 研究发现，在该细菌基因组Sal I酶切片断得到phnGH I 基因簇，表明phnGH I基因簇依次为谷胱甘肽硫转移酶编 码基因（phnG）, 2-羟粘康酸半醛（HMS）水解酶编码基 因（phnH）以及邻苯二酚2,3-双加氧酶基因（phnI）。
全长924 bp，G+C含量为60.30，具有一个完整的开放阅读 框，编码306个氨基酸残基，理论分子量为34300Da,等电点
为5.05,是一条疏水性酸性多肽链，与Pseudomonas putida 中xyl E因所编码的C23O酶蛋白亚基特性比较相似。
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二、氨单加氧酶基因
• 氨氧化是氮素循环的关键环节之一，是废水处理系统中脱氮 的初始阶段。氨单加氧酶（Ammonia monooxygenase，AMO） 是氨氧化细菌（ammonia oxidizing bacteria，AOB）中将
上不具有协同性。
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• 除了16S rRNA外，来源于已知种属的amoA序列的
数据为氨氧化细菌的分子生物学多态性提供了有 力的证据。从11个硝化废水处理厂分离到122个
amoA序列，系统发育分析显示只有在两个硝化废
水处理厂检测到了亚硝化单胞菌。尽管获得的
amoA序列与已知的氨氧化细菌相关性很差，但是
这些序列还不能完个证实在废水处理厂中存在以 前未知的种。
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三、有机磷Βιβλιοθήκη Baidu解酶基因
• 有机磷类毒剂是一类神经麻痹性毒剂。可以作用于 乙酸胆碱酯酶.使得神经细胞始终处于兴奋状态。 有机磷类毒剂被广泛用作农药和战争化学武器，由 于其对人和动物的高毒性，这类化合物的生物降解 很早就受到重视。
• 有机磷农药中对硫磷的微生物降解是研究得最早、 最为清楚的一种有机磷化合物。
第6章 环境微生物群落功能基因
与表达分析
1
第一节 环境微生物群落功能基因
与定位
2
• 在自然界的各类环境中，都有微生物的存在，它们在 各自的“岗位”上都发挥着或大或小、或多或少的作 用。
• 有一些具有特殊功能的微生物，由于其作用的重要性 或特殊性而受到人们的广泛关注，这些具有特殊功能 的微生物叫做功能微生物，如氨氧化细菌、硫细菌、 硝化细菌等。它们在分类学上有可能差异很大，但却 具有相同或类似的基因使其能够发挥同样的作用。
氨氧化成羟胺的惟一功能酶。amoA基因编码氨单加氧酶的活
性位点。
• amoA基因是多拷贝的，同一菌株其序列完全同源，不同菌株 序列相似性有很大差异，amoA基因的序列多态性可以在一定
程度上反映氨氧化细菌的生物多样性。
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上海交通大学赵立平等建立了amoA基因克隆文库，并根据获得的amoA基
因序列构。建了系统发育树，依据序列同源相似性将其分为三类。
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• phnH基因共编码283个氨基酸。其中包括27个碱性氨基酸
36个酸性氨基酸,113个疏水氨基酸和51个极性氨基酸.蛋 白质分子量推导为31.3kDa,等电点为5.7，G十C含量为 62.09%。 • 对该推导蛋白质二级结构预测显示该蛋白质主要为α螺旋 和β链结构。
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• phnI（C23O）基因序列测定与分析结果表明，该基因片段
• 支配这些功能细菌发挥重要功能的基因被称为功能基
因，如amoA、dsrB、nxrA。
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一、多芳香烃降解基因
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• 多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs） 是指两个以上苯环以稠环形式相连的化合物，是一类广 泛存在于环境中的致癌性有机污染物。
• 多环芳烃具有潜在毒性、致癌性及致畸诱变作用，对人 类健康和生态环境具有很大的潜在危害。随着苯环数量 增加，其水活性越低，脂溶性越强，在环境存在时间越 长，遗传毒性越高，其致癌性随着苯环数的增加而增强。 在20世纪80年代美国环保局把16种未带分支的多环芳烃 确定为环境中的优先污染物。
相当时，氨氧化去除效率最低。
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• Ulrike等研究了17个氨氧化细菌的amoA基因， 其中包括10个亚硝化单胞菌（Nitrosomonas）和 活动亚硝化球菌（Nitrosococcus mobilis），
未被培养的三个亚硝化单胞菌和嗜盐亚硝化细菌
（Nitrosococcus halophilus）等。以16S rRNA 和amoA分别作为分子标记，表明二者在进化关系
• mpd基因是近年来报道的一个新有机磷农药水解基因，其 基因序列和编码的氨基酸序列与opd完个不同。
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第二节 环境微生物群落功能基因
表达分析
18
一、Northern Blotting杂交技术
• Northern杂交指DNA与RNA的分子杂交，与Southern 杂交一样也需要标记DNA探针。只是将电泳分离的 RNA而不是DNA从凝胶中转移至固相支待物上。
12
赵立平等研究上海炼焦厂A/O2废水处理
系统脱氮工艺时，通过amoA基因的序列
多态性分析氨氧化细菌的生物多样性。
在氨去除效率不同时，氨氧化细菌的数 量不间，即优势种群有很大的差异。具
有第三类amoA基因的氨氧化细菌在氨氧 化过程中效率较高。当具有第一类amoA
基因的氨氧化细菌占优势时，具有第二
类和第三类amoA基因的氨氧化细菌数量
• PAHs在土壤中的归宿，主要有挥发作用，非生物丢失 （如水解、淋溶）作用，生物降解作用。
• 许多研究表明。生物降解是土壤中PAHs去除的主要机制。
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• 闵航等在研究菲降解菌时以菲为惟一碳源，在浙江大学 华家池校实验工厂油污土壤分离得到两株菲降解菌，分
别命名为ZX4（少动鞘氨醇单胞菌，Sphingomonas paucimobilis）和EVA17（Sphingomonas sp.）菌株对初
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• Pseudomonas diminuta和Flavobacterium sp.ATCC27551
是最早分离的有机磷农药降解菌。从两菌中均克隆到有
机磷农药水解酶基因opd。 • 对opd基因编码的有机磷水解酶的结构与功能进行了详细
的研究。该酶已被结晶并测定了空间结构。其活性氨基 酸位点也已经被解析清楚。成为蛋白质结构和功能研究 的极佳材料。