【摘 要】
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微生物天然混菌系统在自然界普遍存在。光合自养-异养微生物混菌系统因其具有较高的稳定性和鲁棒性,以及可以提高底物的利用效率等优势而受到广泛的关注。随着合成生物学的迅速发展,近年来研究者们试图在实验室条件下设计人工混菌系统,研究此生物现象的分子机制,并予以应用。然而,人工混菌系统的应用仍然存在难点,主要包括:（1）许多人工构建的混菌系统稳定性有所欠缺,混菌相互作用关系难以长时间维持;（2）利用混菌系统
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微生物天然混菌系统在自然界普遍存在。光合自养-异养微生物混菌系统因其具有较高的稳定性和鲁棒性,以及可以提高底物的利用效率等优势而受到广泛的关注。随着合成生物学的迅速发展,近年来研究者们试图在实验室条件下设计人工混菌系统,研究此生物现象的分子机制,并予以应用。然而,人工混菌系统的应用仍然存在难点,主要包括:（1）许多人工构建的混菌系统稳定性有所欠缺,混菌相互作用关系难以长时间维持;（2）利用混菌系统生产目标产品的产量偏低,难以满足工业化应用要求;（3）混菌系统的能量传递效率比较低,制约了菌株的生长速率等。要解决上述问题,需要我们利用多种组学技术对混菌系统中的作用机制进行深入解析。在本论文之前,我们实验室构建了一个由分泌蔗糖的蓝细菌Synechococcus elongatus csc B+2973和利用蔗糖合成3-羟基丙酸（3-HP）的大肠杆菌ABKm构成的人工混菌系统,实现了从CO2到3-HP的生物合成,3-HP产量达到68.29mg/L。此外,研究发现在相同培养基条件下,蓝细菌在混菌系统中的生长比纯培养条件下的生长有明显提高。本研究中,针对上述混菌系统,我们采用了i TRAQ定量蛋白质组学和转录组学技术对csc B+2973的蛋白组和转录本进行分析,解析大肠杆菌促进蓝细菌生长的作用机制,获得的主要结论如下:（1）i TRAQ定量蛋白质组学数据表明,csc B+2973中与光合作用、碳吸收/固定、氮代谢和ROS淬灭等相关蛋白的表达对生长的贡献较大;（2）转录组学数据表明,csc B+2973中与光合作用、氧化磷酸化、细菌分泌系统、维生素和辅助因子的代谢等相关基因的表达对生长的贡献较大;（3）进一步整合两个组学的分析结果,发现:csc B+2973为大肠杆菌ABKm提供了有机碳和呼吸作用所需的氧气;反之,大肠杆菌ABKm可能为csc B+2973的光合作用提供了CO2。有关铵转运、硝酸盐转运和磷酸盐转运的转运蛋白表达量上调,说明两株菌之间可能存在着营养物质的交换。此外,多个与抵御ROS氧化胁迫相关的蛋白下调,表明大肠杆菌ABKm帮助淬灭了混菌系统中的ROS。q RT-PCR分析结果表明,转录组学的数据具有较高的准确性,相关系数R~2为0.9059。本研究利用定量蛋白质组学和转录组学技术解析该人工混菌系统的内在机制,为该混菌系统的后续优化提供了依据和思路。
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