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Proteomic Insights into citT-Deletion Induced Metabolic Sensitivity in Bio-Degumming of Ramie Fibers by Bacillus subtilis
Qi Yang, Yuqin Hu, Xiangyuan Feng, Guoguo Xi, Ke Zheng, Zhenghong Peng,
Fengbo Han, Lifeng Cheng & Shengwen Duan (2024) , Journal of
Natural Fibers, 21:1, 2334414, DOI: 10.1080/15440478.2024.2334414
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苧麻是一種在紡織工業(yè)中具有多種用途的功能性生物材料,被稱為“中國(guó)草”??莶菅挎邨U菌(Bacillus subtilis)對(duì)苧麻纖維進(jìn)行的脫膠過(guò)程受到應(yīng)答調(diào)節(jié)蛋白CitT的調(diào)控,CitT是CitS/CitT兩組分系統(tǒng)的一部分,專門作用于果膠成分的降解。本研究通過(guò)比較蛋白組分析,探究了CitT蛋白缺失引起的代謝網(wǎng)絡(luò)敏感性,以及在苧麻纖維生物脫膠過(guò)程中的調(diào)控機(jī)制。研究結(jié)果表明,原始菌株和突變菌株中檢測(cè)到29種差異表達(dá)蛋白,主要涉及跨膜運(yùn)輸系統(tǒng)、兩組分系統(tǒng)和氨基酸代謝。本研究首次揭示了CitT蛋白在苧麻纖維生物脫膠中的調(diào)控功能,并為針對(duì)性構(gòu)建脫膠工程菌株提供了重要的科學(xué)和技術(shù)基礎(chǔ)。
苧麻纖維是纖維素的重要組成部分,自古以來(lái)就被廣泛用于多種用途。然而,原始苧麻纖維因含有大量非纖維素化合物(通常稱為膠質(zhì)),需要通過(guò)“脫膠”處理來(lái)去除。傳統(tǒng)的化學(xué)脫膠方法雖然節(jié)省時(shí)間,但存在污染環(huán)境和高能耗的問題。因此,探索新技術(shù)以提高苧麻脫膠質(zhì)量并減少環(huán)境污染變得迫切和有益。
枯草芽孢桿菌是苧麻纖維脫膠的主要微生物資源。先前的研究表明,CitS/CitT兩組分系統(tǒng)中的應(yīng)答調(diào)節(jié)蛋白CitT特異性調(diào)控果膠降解途徑。然而,CitT調(diào)控果膠降解途徑的分子機(jī)制尚不清楚。
本研究通過(guò)蛋白組分析探索了兩組分系統(tǒng)應(yīng)答調(diào)節(jié)蛋白CitT在苧麻脫膠過(guò)程中對(duì)果膠降解的調(diào)控機(jī)制。結(jié)果表明,CitT缺失導(dǎo)致組氨酸生物合成途徑的酶下調(diào),精氨酸降解途徑的酶上調(diào)。此外,CitT蛋白還影響了跨膜運(yùn)輸系統(tǒng),并可能與LiaS/LiaR和DctS/DctR兩組分系統(tǒng)協(xié)同調(diào)控生物脫膠過(guò)程。

圖1. 原始菌株和突變菌株脫膠后的苧麻纖維掃描電鏡(SEM)分析。

圖2. 生物脫膠系統(tǒng)中單糖組成和含量的高效液相色譜(HPLC)分析。

圖3. CitT基因敲除突變菌株中差異表達(dá)蛋白(DEPs)的蛋白-蛋白相互作用網(wǎng)絡(luò)分析。

圖4. DEPs參與的代謝途徑。紅色或綠色名稱表示在突變菌株中上調(diào)或下調(diào)的蛋白。

本研究通過(guò)定量蛋白組方法全面分析了CitT應(yīng)答調(diào)節(jié)蛋白在苧麻纖維生物脫膠過(guò)程中的作用,為構(gòu)建目標(biāo)工程菌株在苧麻纖維生物脫膠中的應(yīng)用提供了重要的科學(xué)依據(jù)。研究結(jié)果不僅增強(qiáng)了我們對(duì)CitT蛋白在果膠降解過(guò)程中代謝調(diào)控功能的理解,而且為未來(lái)的研究提供了新的方向,包括通過(guò)ChIP-Seq和EMSA等方法對(duì)不同果膠酶的具體調(diào)控功能進(jìn)行更深入的研究。
本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、湖南省自然科學(xué)基金、長(zhǎng)沙市自然科學(xué)基金、湖南省科技創(chuàng)新計(jì)劃、中國(guó)農(nóng)業(yè)研究體系、中國(guó)農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新項(xiàng)目、新疆自治區(qū)科技支撐項(xiàng)目、中央公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)和IBFC岳麓青年基金的資助。所有作者共同構(gòu)思和設(shè)計(jì)了研究,進(jìn)行了蛋白組學(xué)研究、qRT-PCR分析,并起草了手稿。
文章探究了枯草芽孢桿菌的CitT蛋白缺失引起的代謝網(wǎng)絡(luò)敏感性以及其在苧麻生物脫膠中的調(diào)控機(jī)制。通過(guò)比較蛋白質(zhì)組學(xué)分析,發(fā)現(xiàn)29個(gè)差異表達(dá)蛋白,主要涉及跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、雙組分系統(tǒng)和氨基酸代謝過(guò)程。缺少CitT蛋白導(dǎo)致組氨酸生物合成途徑中酶的下調(diào)和精氨酸降解途徑中酶的上調(diào),首次揭示CitT蛋白在苧麻生物脫膠中的調(diào)控作用,為定向構(gòu)建工程菌株提供科技依據(jù)。
苧麻纖維是一種天然纖維,在紡織工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用潛力,被稱為“中國(guó)草”。苧麻纖維的提取需要通過(guò)一個(gè)稱為脫膠的過(guò)程來(lái)去除其表面緊密黏附的非纖維素材料(如半纖維素、果膠、木質(zhì)素和蠟等)。本論文探討了使用枯草芽孢桿菌進(jìn)行苧麻生物脫膠過(guò)程中,CitS/CitT雙組分系統(tǒng)的應(yīng)答調(diào)節(jié)蛋白CitT的作用。通過(guò)比較蛋白質(zhì)組學(xué)分析,研究了CitT蛋白缺失對(duì)代謝網(wǎng)絡(luò)敏感性的影響,旨在深入了解其在生物脫膠過(guò)程中的調(diào)控機(jī)制。結(jié)果顯示,缺乏CitT蛋白會(huì)影響到苧麻脫膠中的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)、雙組分系統(tǒng)和氨基酸代謝等多個(gè)過(guò)程。這項(xiàng)研究首次全面揭示了CitT蛋白在苧麻生物脫膠中的調(diào)控作用,并為定向構(gòu)建苧麻脫膠工程菌株提供了重要科學(xué)技術(shù)依據(jù)。
根據(jù)用戶提供的文件中的研究部分,論文采用的研究方法可以被歸納為實(shí)驗(yàn)研究和定量研究。接下來(lái),我會(huì)詳述這一研究方法的應(yīng)用,并囊括論文在這個(gè)方法上的全面研究。
實(shí)驗(yàn)研究和定量研究在此論文中的應(yīng)用體現(xiàn)在對(duì)苧麻纖維生物脫膠過(guò)程的深入分析上。具體研究步驟分為以下幾個(gè)部分:
此研究的實(shí)驗(yàn)研究與定量研究方法合理有序,從實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備、過(guò)程操作到數(shù)據(jù)分析與解釋,整個(gè)過(guò)程科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn),充分展示了苧麻纖維生物脫膠過(guò)程中CitT蛋白的關(guān)鍵調(diào)控作用以及相關(guān)蛋白質(zhì)的表達(dá)變化。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究與定量研究并用,文章有效地闡述了生物脫膠過(guò)程中微生物及其代謝產(chǎn)物的作用機(jī)制,為理解微生物脫膠提供了詳實(shí)的蛋白質(zhì)組學(xué)信息,對(duì)于開發(fā)高效的生物脫膠工藝具有重要的參考價(jià)值。
Proteomic Insights into citT-Deletion Induced Metabolic Sensitivity in Bio-Degumming of Ramie Fibers by Bacillus subtilis