细菌代谢吡虫啉的羟基化和硝基还原途径中的关键酶和调节机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31570104
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0106.微生物与环境互作
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The worldwide used neionicotinoid insecticide imidacloprid has caused serious environmental and ecological problems. The research group found that Stenotrophomonas maltophilia CGMCC 1.1788,Pseudomonas putida KT2440 and Escherichia coli DH10B co-metabolized imidacloprid via nitroreduction and/or hydroxylation pathways. However the key enzymes of these two pathways have not been elucidated. The proposers also found that the hydroxylation of imidacloprid by S. maltophilia CGMCC 1.1788 was regulated by the primary energy substrates carbohydrate and organic acid. The mechanism was that the enzyme activity of 5-hydroxy IMI dehydratase was inhibited by cofactor NADPH regenerated from carbohydrate metabolism, while not affected by NADH and even enhanced by organic acid itself, which therefore affected the production of olefin imidacloprid, a metabolite with 19-fold higher insecticidal activity than imidacloprid. In this proposal, the above three imidacloprid-degrading bacteria will be used as research objects to identify the imidacloprid nitroreductase and hydroxylase by the methods of gene knockout and retro-complementation as well as gene cloning and overexpression. The 5-hydroxy imidacloprid dehydratase is identified by enzyme purification and mass spectrum analysis and then this identified enzyme is overexpressed and purified, and examined its enzymatic characters. The regulation manner of 5-hydroxy imidacloprid dehydratase by NADPH and organic acid is analyzed by molecular docking and bioinformatic analysis. The NADPH binding domain of 5-hydroxy imidacloprid dehydratase is mutated to explore whether the NADPH inhibitory effect of the mutated enzyme is terminated. These works are very important to understand the mechanism of microbial co-metabolic degradation of organic contaminants and decrease the imidacloprid residue in environments.
烟碱类杀虫剂吡虫啉的广泛施用已引起了严重的环境生态问题。课题组发现嗜麦芽寡养单胞菌CGMCC 1.1788、恶臭假单胞菌KT2440和大肠杆菌DH10B可共代谢降解吡虫啉,代谢途径为羟基化或/和硝基还原,但关键代谢酶尚不清楚;嗜麦芽寡养单胞菌的吡虫啉羟基化途径受糖和有机酸调节,其机制是糖代谢产生的NADPH抑制5-羟基吡虫啉脱水酶活性,NADH不抑制,有机酸反而促进该酶活性,从而影响了杀虫活性比吡虫啉高19倍的烯式吡虫啉的生成。本课题以上述三个菌株为研究对象,进行基因敲除与回补和克隆与表达,鉴定吡虫啉硝基还原酶和羟基化酶;通过酶分离纯化和质谱分析鉴定5-羟基吡虫啉脱水酶,表达和纯化该酶并分析酶学特性,采用分子对接和生物信息学分析NADPH和有机酸调节酶活性的方式,对NADPH结合结构域点突变,分析突变酶能否解除NADPH抑制。本研究对认识微生物共代谢降解现象和降低吡虫啉的残留有重要意义。

结项摘要

烟碱类杀虫剂吡虫啉(imidacloprid)的广泛施用产生了较严重的环境生态问题。微生物降解法是消除其环境污染的主要方法之一,开展微生物降解吡虫啉的研究有助于消除其环境污染和降低其生态风险。课题组发现假黄单胞菌Pseudoxanthomonas indica CGMCC 6648、恶臭假单胞菌Pseudomonas putida KT2440、嗜麦芽寡养单胞菌Stenotrophomonas maltophilia CGMCC 1.1788和大肠杆菌Escherichia coli DH10B可经由羟基化或/和硝基还原途径降解吡虫啉,本课题采用基因克隆与表达、蛋白分离纯化、基因组学和蛋白质组学,HPLC分析等方法开展了吡虫啉羟基化酶、5-羟基吡虫啉脱水酶和吡虫啉硝基还原酶的鉴定和调控机制研究。课题组发现不同培养时间的菌体的羟基化活性不同, 培养18 h的P. indica CGMCC 6648的吡虫啉羟基化活性是培养4h的菌体的4倍,而S. maltophilia CGMCC 1.1788的吡虫啉羟化活性则不受细胞培养时间的影响。基因克隆和表达表明P. putida KT2440的乙醛氧化酶为吡虫啉硝基还原酶。从水体中筛选获得一株具有较高吡虫啉降解能力的寡营养细菌薄层菌H. latericoloratus CGMCC 16346。以麦芽糖为共代谢基质,该菌株的静息细胞在6d内可降解64.4%的100 mg/L吡虫啉;其生长细胞在10d内可降解40.8%吡虫啉。基因组测序和COG分析表明,CGMCC 16346是寡营养细菌,适应了低营养的水体环境生长。H. latericoloratus CGMCC 16346在水体中降解吡虫啉不需要添加共代谢基质即可降解吡虫啉,且接种30d后仍具有较好的吡虫啉降解能力。这一特性使其具有用于水体修复吡虫啉的应用价值。课题组还筛选到一株高效降解另一种广泛施用的烟碱类杀虫剂啶虫脒(acetamiprid)的放线菌暗灰链霉菌Streptomyces canus CGMCC 13662。该菌株的降解酶为腈水合酶,该腈水合酶由三亚基组成,且没有腈水合酶成熟所需的激活蛋白。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Ensifer meliloti 1021烟酰胺酶的酶学特性及3-氰基吡啶调控机理的研究
  • DOI:
    10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2019-0027
  • 发表时间:
    2019-08
  • 期刊:
    生物技术通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭静静;郭磊磊;赵云岫;戴亦军
  • 通讯作者:
    戴亦军
Regulation of Hydroxylation and Nitroreduction Pathways during Metabolism of the Neonicotinoid Insecticide Imidacloprid by Pseudomonas putida.
恶臭假单胞菌代谢新烟碱类杀虫剂吡虫啉过程中羟基化和硝基还原途径的调节。
  • DOI:
    10.1021/acs.jafc.6b01376
  • 发表时间:
    2016-06
  • 期刊:
    Journal of Agricultural and Food Chemistry
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Lu Tian-Qi;Mao Shi-Yun;Sun Shi-Lei;Yang Wen-Long;Ge Feng;Dai Yi-Jun
  • 通讯作者:
    Dai Yi-Jun
Biodegradation of the neonicotinoid insecticide acetamiprid in surface water by the bacterium Variovorax boronicumulans CGMCC 4969 and its enzymatic mechanism
Variovorax boronicumulans CGMCC 4969 细菌对地表水中新烟碱类杀虫剂啶虫脒的生物降解及其酶解机制
  • DOI:
    10.1039/c7ra01501a
  • 发表时间:
    2017-05
  • 期刊:
    RSC Advances
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Sun Shi-Lei;Yang Wen-Long;Guo Jing-Jing;Zhou Yi-Ning;Rui Xue;Chen Chen;Ge Feng;Dai Yi-Jun
  • 通讯作者:
    Dai Yi-Jun
A Novel Nutrient Deprivation-Induced Neonicotinoid Insecticide Acetamiprid Degradation by Ensifer adhaerens CGMCC 6315.
Ensifer adhaerens CGMCC 6315 开发的新型营养剥夺诱导的新烟碱类杀虫剂啶虫脒降解。
  • DOI:
    10.1021/acs.jafc.8b06154
  • 发表时间:
    2019-01
  • 期刊:
    Journal of Agricultural and Food Chemistry
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Sun Shi-Lei;Fan ZhiXia;Zhao Yun-Xiu;Guo Lei-Lei;Dai Yi-Jun
  • 通讯作者:
    Dai Yi-Jun
Neonicotinoid thiacloprid transformation by the N2-fixing bacterium Microvirga flocculans CGMCC 1.16731 and toxicity of the amide metabolite
N2 固定细菌 Microvirga floclans CGMCC 1.16731 的新烟碱类噻虫啉转化和酰胺代谢物的毒性
  • DOI:
    10.1016/j.ibiod.2019.104806
  • 发表时间:
    2019-11
  • 期刊:
    International Biodeterioration & Biodegradation
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Zhao Yun-Xiu;Jiang Huo-Yong;Cheng Xi;Zhu Yu-Xuan;Fan Zhi-Xia;Dai Zhi-Ling;Guo Ling;Liu Zhong-Hua;Dai Yi-Jun
  • 通讯作者:
    Dai Yi-Jun

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其他文献

嗜麦芽寡养单胞菌(Stenotrophomonas maltophilia)R551-3四环素抗性消除的研究
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  • 期刊:
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  • 作者:
    马鹏娟;刘中华;戴亦军;袁生
  • 通讯作者:
    袁生
瑞氏木霉内切葡聚糖酶II在大肠杆菌中的重组表达及重组酶性质测定
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    南京师大学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    雒军;戴亦军;魏炜;方何建;宫晓燕;袁生;杨纯
  • 通讯作者:
    杨纯
不同岩性组合条件下顶板采动效应研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    贵州大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    林健云;左宇军;王浩;于美鲁;税越;戴亦军;刘荣波
  • 通讯作者:
    刘荣波

其他文献

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戴亦军的其他基金

低营养诱导粘着箭菌啶虫脒腈水合酶基因pnhA表达的转录调控机制研究
  • 批准号:
    31970094
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    60 万元
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微生物共代谢降解烟碱类杀虫剂吡虫啉的关键酶及其调控机制研究
  • 批准号:
    31370143
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    15.0 万元
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不同共代谢基质控制嗜麦芽寡养单胞菌的吡虫啉代谢途径的机理研究
  • 批准号:
    30970040
  • 批准年份:
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  • 资助金额:
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相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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