付春祥等获得高效降解二硝基甲苯磺酸盐污染的新菌株并揭示其解毒机制

huijing

“TNT红土”是受TNT炸药精制过程中的“TNT红水”污染的土壤，其主要成分是二硝基甲苯磺酸盐（DNTS）。DNTS具有“致癌、致畸、致突变”的特性，对生物体和环境具有极大的破坏性。传统的理化修复技术成本高且易造成二次污染，因此亟需发展安全、绿色的生物治理方法。近日，青岛能源所付春祥带领的能源作物分子育种研究组从“TNT红土”中分离获得了一株新的能够高效降解DNTS的微生物菌株。通过表型与分子特征鉴定确定该菌株为高地芽孢杆菌，命名为Bacillus altitudinis D47，该菌株能够在3天内将DNTS（500 mg/kg）降解约98%，代谢特征分析表明其代谢DNTS的生物学机制为硝基还原作用，进一步利用紫花苜蓿的生长胁迫试验验证了B. altitudinis D47具有显著减轻DNTS毒性的功能。该成果发表于环境科学与生态学一区SCI期刊Journal of Cleaner Production，题为“Screening of Bacillus altitudinis D47 from TNT red water-contaminated soil for highly dinitrotoluene sulfonate efficient biodegradation”。
　　为了解析该菌株代谢DNTS的分子机制，研究人员对该菌株进行了全基因组测序，结果显示B. altitudinis D47菌株的基因组全长3.81 Mb；通过胁迫转录组分析发现该菌株中的多个硝基还原酶（Nitroreductase, NR）在DNTS胁迫条件下显著上调。进一步体外酶活分析表明这些NRs在DNTS降解过程中发挥重要作用。另外，研究人员选择紫花苜蓿作为研究材料，分别使用添加和未添加B. altitudinis D47的含DNTS平板对紫花苜蓿幼苗处理分析，结果显示添加B. altitudinis D47后，DNTS对紫花苜蓿根伸长和生物量的抑制效应显著降低。上述研究表明B. altitudinis D47不但可以作为微生物菌剂与植物一起用于“TNT红土”修复，而且B. altitudinis D47中含有的硝基还原酶基因资源也可以用于植物基因工程，从而赋予修复植物更高的DNTS降解效率。因此该微生物菌株与微生物基因资源的综合利用，有望为今后“TNT红土”的高效生物修复提供新的途径。

　　青岛能源所/山东能源研究院能源作物分子育种研究组博士后苏昆龙和已毕业硕士生汪燕为该论文共同第一作者，付春祥研究员和吴振映副研究员为共同通讯作者。青岛能源所咸漠研究员、张海波研究员、门潇副研究员、刘美凤助理研究员和刘雨辰工程师也参与了该研究工作。该工作获得国家自然基金面上项目（32270390）和中国科学院青年创新促进会（2019213）的支持。（文/图 苏昆龙，吴振映）
　　原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.137103
　　Kunlong Su#, Yan Wang#, Yuchen Liu, Meifeng Liu, Xiao Men, Haibo Zhang, Mo Xian, Zhenying Wu*, Chunxiang Fu*. (2023). Screening of Bacillus altitudinis D47 from TNT red water-contaminated soil for highly dinitrotoluene sulfonate efficient biodegradation. Journal of Cleaner Production, doi.org/10.1016/j.jclepro.2023.137103.
  付春祥，吴振映，苏昆龙，刘雨辰，汪燕，刘美凤，姜珊珊。降解2,4-DNT和2,4-DNT-3-SA的高地芽孢杆菌D47及其应用。专利申请号：CN202310221086X。
       文章来源:青岛能源所
       付春祥，中国科学院青岛生物能源与过程研究所，研究员，中科院人才计划，青岛市创业创新领军人才。2007年获中国科学院（植物研究所）博士学位，在美国塞缪·诺贝基金会从事能源植物与牧草作物遗传改良方面的博士后研究，后晋升为诺贝基金会植物遗传转化平台主管。2013年9月加入中国科学院青岛生物能源与过程研究所，任研究员。目前是能源作物分子育种团队负责人。付春祥研究员围绕植物组培快繁与遗传转化开展了系统性研究工作，先后建立了包括能源植物、生态牧草、中草药、经济林木等在内的20多种资源植物的组培快繁与遗传转化体系，并实现了构树、杨树、柳枝稷、苜蓿、菠菜、籽粒苋、雪莲、鹿茸草等资源植物的基因编辑。当前从事的研究主要包括资源植物的株型与细胞壁品质分子设计育种、土壤修复植物资源创制与综合利用以及植物工厂与基因组编辑技术开发等。迄今为止，在PNAS、Trends in Genetics、New Phytol、Pant Biotechnol J、PCE、Biotechnol Biofuels等SCI期刊发表论文60多篇，申请国内外发明专利17项，制定团体标准1项，参编植物遗传转化英文论著2部，育成省审作物品种2个，获自治区科技进步三等奖1项。