Rhodococcus廣泛用于環(huán)境污染生物修復(fù)，如異源物質(zhì)的降解、重金屬吸附、還原及生物脫硫等。因此，Rhodococcus被認(rèn)為是原位生物修復(fù)的最佳候選菌株之一。通常，微生物在實(shí)驗(yàn)室條件下都能有效的去除污染物，然而微生物在原位生物修復(fù)過程中常常會(huì)遭受到各種各樣的脅迫限制。非生物脅迫是一個(gè)值得注意的方面，它不僅會(huì)破壞微生物的穩(wěn)態(tài)，而且還會(huì)影響到細(xì)胞的生物學(xué)功能。例如，低溫，常見典型的非生物脅之一，地球生物圈內(nèi)超過80％地區(qū)被低溫覆蓋，并且大多數(shù)地區(qū)的氣溫隨著季節(jié)變化而變化。因此，研究Rhodococcus在不同溫度脅迫下的響應(yīng)機(jī)制對(duì)環(huán)境原位修復(fù)具有重要的潛在意義。
中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所環(huán)境治理與食品安全領(lǐng)域王臣博士以苯胺高效降解菌株Rhodococcus sp. CNS16（GenBank No.MH879823.1）為研究對(duì)象，對(duì)其施加不同溫度梯度脅迫（30℃、20℃、10℃）從細(xì)胞形態(tài)變化、脂肪酸組分變化及轉(zhuǎn)錄組響應(yīng)三個(gè)方面研究了該菌株的適應(yīng)機(jī)制。研究表明，與30℃條件下相比，CNS16菌株在20℃、10℃條件下細(xì)胞形態(tài)由短桿狀變?yōu)殚L(zhǎng)桿狀甚至不規(guī)則形狀，不飽和脂肪酸比例上調(diào)。轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)研究表明，肽聚糖合成酶基因顯著下調(diào)表達(dá)、絲狀溫度敏感基因（Fts）顯著上調(diào)表達(dá)可能與細(xì)胞形態(tài)變化相關(guān)；不飽和脂肪酸合成基因組顯著上調(diào)表達(dá)可能與脂肪酸組份變化密切相關(guān)。本研究也闡述了Rhodococcus在溫度脅迫下抗氧化系統(tǒng)的響應(yīng)機(jī)制：在20℃、10℃條件下，CNS16失去了過氧化氫酶、超氧化物歧化酶等抗氧化酶的活性，但硫氧還蛋白依賴性過氧化物酶基因顯著上調(diào)表達(dá)可能有利于CNS16在溫度脅迫環(huán)境中抵抗氧化脅迫。同時(shí)10℃條件下，類胡蘿卜素和維生素B2合成基因也顯著上調(diào)表達(dá)也可能參與抵抗氧化應(yīng)激。此外，氨基酸代謝、輔酶和維生素代謝、ABC運(yùn)輸和能量代謝的響應(yīng)也協(xié)同參與了抗環(huán)境壓力。本研究為Rhodococcus在低溫下調(diào)控苯胺的降解提供了理論依據(jù)。
該研究成果以Adaptation mechanisms of Rhodococcus sp. CNS16 under different temperature gradients: Physiological and transcriptome (DOI：10.1016/j.chemosphere.2019.124571)為題，發(fā)表在國(guó)際環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)領(lǐng)域期刊Chemosphere上。中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所王臣博士為論文第一作者，譚周亮研究員為論文通訊作者。本研究得到中國(guó)科學(xué)院成都生物研究所環(huán)境與應(yīng)用微生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放研究基金計(jì)劃項(xiàng)目、四川省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目以及中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目的支持。