Rhodococcus廣泛用于環(huán)境污染生物修復，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被認為是原位生物修復的最佳候選菌株之一。通常，微生物在實驗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過程中常常會遭受到各種各樣的脅迫限制。非生物脅迫是一個值得注意的方面，它不僅會破壞微生物的穩(wěn)態(tài)，而且還會影響到細胞的生物學功能。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機制對環(huán)境原位修復具有重要的潛在意義。
中國科學院成都生物研究所環(huán)境治理與食品安全領域王臣博士以苯胺高效降解菌株Rhodococcus sp. CNS16（GenBank No.MH879823.1）為研究對象，對其施加不同溫度梯度脅迫（30℃、20℃、10℃）從細胞形態(tài)變化、脂肪酸組分變化及轉(zhuǎn)錄組響應三個方面研究了該菌株的適應機制。研究表明，與30℃條件下相比，CNS16菌株在20℃、10℃條件下細胞形態(tài)由短桿狀變?yōu)殚L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、絲狀溫度敏感基因（Fts）顯著上調(diào)表達可能與細胞形態(tài)變化相關；不飽和脂肪酸合成基因組顯著上調(diào)表達可能與脂肪酸組份變化密切相關。本研究也闡述了Rhodococcus在溫度脅迫下抗氧化系統(tǒng)的響應機制：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)表達可能有利于CNS16在溫度脅迫環(huán)境中抵抗氧化脅迫。同時10℃條件下，類胡蘿卜素和維生素B2合成基因也顯著上調(diào)表達也可能參與抵抗氧化應激。此外，氨基酸代謝、輔酶和維生素代謝、ABC運輸和能量代謝的響應也協(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)表在國際環(huán)境科學與生態(tài)學領域期刊Chemosphere上。中國科學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。本研究得到中國科學院成都生物研究所環(huán)境與應用微生物學重點實驗室開放研究基金計劃項目、四川省重點研發(fā)計劃項目以及中國科學院青年創(chuàng)新促進會項目的支持。