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標題: 甲烷古菌抗鹽逆境相容質生合成基因的探討與應用
Characterization and Application of Osmolyte Synthetic Genes of Methanogenic Archaea
作者: 賴美津
關鍵字: 基礎研究
生物科學類
極端環境微生物
太古生物
甲烷菌
鹽逆境
相容質生合成
甜菜鹼
β-型氨基酸
滲透壓調控
摘要: 極端厭氧的甲烷太古生物 (Archaea, 又稱古菌、古生菌或古細菌),以甲烷的生合成方式提供細胞所需的能量,能生存於各式溫度(2- 117 ℃)、酸鹼度(中性至強鹼)及鹽度(淡水至飽合鹽度)等環境,是唯一能適應多變化環境的太古生物。我們實驗室收集國內外能生長在各種不同鹽度的甲烷菌,長期探討甲烷菌對鹽逆境的反應與適應機制。我們的研究顯示嗜鹽甲烷菌具有一高親和性、高專一性,需能且受滲透壓調控的ABC型式的甜菜鹼運輸系統Bta,會自胞外環境優先攝取相容質甜菜鹼。而當胞外環境缺乏相容質的提供時,能自體生合成相容質β-glutamine、Nε-acetyl-β-lysine及甜菜鹼 (betaine)於細胞體內,以維持膨壓及保護胞內蛋白等大分子。除了利用各種特殊相容質的累積來適應環境中的不同鹽度之外,我們最近的研究首次發現分子伴蛋白chaperone ClpB亦參與鹽逆境的反應,在高鹽、低鹽逆境的表現量會增加,且會受相容質甜菜鹼的抑制。為探討相容質與甲烷古菌對鹽逆境的適應機制,我們目前已獲得嗜鹽甲烷菌Methanohalophilus portucalensis FDF1相容質betaine的生合成酵素GSMT與SDMT的基因。在甲烷菌的共通相容質Nε-acetyl-β-lysine生合成基因部分,我們已分別獲得海洋甲烷菌Methanosarcina mazei N2M9705、耐鹽甲烷菌Methanocalculus chunghsingensis K1F9705b與嗜鹽甲烷菌Methanohalophilus portucalensis FDF1的lysine 2,3-aminomutase (ablA)與β-lysine acetyltransferase (ablB)基因;以及淡水型甲烷菌M. mazei N2M9705的相容質β-glutamine 的生合成基因。在此三年期計畫期間,將分析甲烷菌相容質生合成基因的特性與系統演化分析;探討不同鹽度、溫度或相容質betaine 等因子對甲烷菌自體生合成的相容質基因之轉錄表現的影響與調控。此外,將相容質生合成相關基因分別轉殖到大腸桿菌大量表現並純化蛋白進行酵素活性分析;並將生合成相容質β-glutamine、Nε-acetyl-β-lysine及betaine的基因組,分別轉殖到大腸桿菌與阿拉伯芥上,分析其相容質生成累積量與探討是否能提高其對鹽度的耐受性。相容質與滲透壓的基礎與應用研究,從抗鹽相容質glycerol、trehalose和近年發展的高鹽細菌生產的ectoine在發酵工業、食品界、化妝美容界、製藥與醫療等的應用,可以想見微生物因應鹽與滲透壓力的小分子相容質在基礎研究與應用的重要性。絕對厭氧的甲烷太古生物能生長在淡水至飽和鹽環境,對鹽逆境與滲透壓逆境的適應是生物界中最寬廣的,期由對甲烷太古生物在鹽逆境的反應與適應機制相關基因與調控的瞭解及應用潛力的分析,進而提高生物抗鹽抗旱的能力。
URI: http://hdl.handle.net/11455/53727
其他識別: NSC96-2311-B005-002
文章連結: http://grbsearch.stpi.narl.org.tw/GRB/result.jsp?id=1419291&plan_no=NSC96-2311-B005-002&plan_year=96&projkey=PA9607-0985&target=plan&highStr=*&check=0&pnchDesc=%E7%94%B2%E7%83%B7%E5%8F%A4%E8%8F%8C%E6%8A%97%E9%B9%BD%E9%80%86%E5%A2%83%E7%9B%B8%E5%AE%B9%E8%B3%AA%E7%94%9F%E5%90%88%E6%88%90%E5%9F%BA%E5%9B%A0%E7%9A%84%E6%8E%A2%E8%A8%8E%E8%88%87%E6%87%89%E7%94%A8
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