一株低温降解木质纤维素的细菌F16的筛选、鉴定及全基因组测序分析

摘要

本研究实验用菌株是一株分离自动物粪便、能够在低温环境中降解木质纤维素的菌株F16，经16S rRNA分析鉴定为鲁氏不动杆菌（Acinetobacter lwoffii），结合类型（菌株）基因组服务器[type(strain)genome server,TYGS]比对和平均核苷酸一致性（average nucleotide identity,ANI）分析，结果表明其为未知种，故记为Acinetobactersp. F16。经5℃液体培养基培养，菌株F16在第1～3天处于对数生长期，3 d后菌体浓度逐渐趋于稳定，进入生长稳定期；并在第5天达到最大生物量，表明菌株F16具有对5℃低温的适应性和耐受性。在15℃条件下培养菌株F16，测定木质纤维素酶活力，其中羧甲基纤维素酶（carboxymethyl cellulase,CMCase）活力最高，达5.46 U/mL；木聚糖酶（xylanase）在6～9 d呈现较高酶活力，为0.67 U/mL；漆酶（laccase,Lac）活力在3～15 d内持续存在，最高达1.48 U/mL。全基因组测序分析表明，菌株F16碱基总数为2.47 Mb,G+C含量为41.26%，共涉及2 297个蛋白编码基因。KEGG和GO功能注释预测到的代谢通路能够为其低温环境下降解木质纤维素提供能量及促进降解酶的合成。经注释得到2个与冷激反应相关基因，分别为cspG和capB，均与不动杆菌冷激蛋白基因同源性较高。通过已知的不动杆菌冷激蛋白功能，预测菌株F16中CspG和CapB协同作用，通过阻碍mRNA在低温下次级结构的形成，从而应对寒冷胁迫，在低温环境中保持活性。通过CAZy数据库注释，得到与木质素降解有关的酶有漆酶和吡喃糖氧化酶，与纤维素降解有关的酶有纤维二糖脱氢酶和β-葡萄糖苷酶，在半纤维素降解过程中β-木糖苷酶发挥着直接作用；而阿魏酸酯酶和乙酰木聚糖酯酶虽不直接参与主降解过程，却能在木质纤维素的整体降解中起到辅助协同的效果。本研究初步探究了菌株F16能够在低温下降解木质纤维素的内在机制。该菌株为我国北方地区秋冬季农林废弃物生物降解提供微生物资源，在寒区和秋冬季节农林废弃物生物降解领域具有巨大的应用潜力。

关键词

低温 / 木质纤维素 / 冷激蛋白 / 全基因组测序