張傲潔 李青云，2 宋文紅 顏少慧 唐愛星，2 劉幽燕，2

（1. 廣西大學化學化工學院，南寧 530004；2. 廣西生物煉制實驗室，南寧 530004）

苯酚是一種常見的芳香族污染物，普遍存在于煉油、造紙、印刷、塑料等工業(yè)廢水中［1-3］。目前處理苯酚廢水的主要方法包括物理法、化學法、生物法以及這幾種方法相互聯(lián)用的處理技術(shù)，如利用活性炭載體固定微生物去除［4］。相比于其他處理方法，生物法成本較低，更具有可持續(xù)性，而且它能使苯酚完全礦化，是最清潔環(huán)保的處理方法，在廢水處理中發(fā)揮著重要作用［5-6］。近年來，越來越多的苯酚降解微生物從污染地區(qū)分離出來，目前已知紅球菌（Rhodococcus sp.）［7］、假單胞菌（Pseudomonas sp.）［7］、鐮刀菌（Fusarium sp.）［8］、芽孢桿菌（Bacillus sp.）［9］和產(chǎn)堿桿菌（Alcaligenes sp.）［10］等微生物都能降解苯酚，其中產(chǎn)堿桿菌屬對芳香族化合物表現(xiàn)出廣泛的代謝多樣性，對苯酚［11-12］、菲［13］、多環(huán)芳烴［14-15］、偶氮染料［16］、農(nóng)藥［17-18］等多種物質(zhì)都具有降解能力。

已知微生物可以通過好氧和厭氧途徑降解苯酚，其中好氧途徑最為常見。在好氧降解途徑中，苯酚首先被羥化生成鄰苯二酚，然后經(jīng)由otho?（鄰位）或者meta?（對位）降解途徑將鄰苯二酚脫氫、開環(huán)，去除支鏈最后進入三羧酸循環(huán)（tricarboxylic acid cycle，TCA cycle）而被徹底降解［19-20］。苯酚的降解基因通常成簇排列，位于大質(zhì)粒上或染色體上，編碼苯酚降解的第一個酶為苯酚羥化酶（PH），它將苯酚羥基化為鄰苯二酚后，由鄰苯二酚1,2?雙加氧酶（C12O）和鄰苯二酚2,3?雙加氧酶（C23O）將鄰苯二酚通過otho?或者meta?途徑開環(huán)裂解為TCA的無毒中間體［21-22］。大量研究表明，編碼雙加氧酶C12O和C23O的基因在不同的降酚菌株中具有高度的同源性，編碼PH的基因一般高度保守，但是存在不同的轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制［23-25］。Teramoto等［26］發(fā)現(xiàn)1株來自于降酚菌R5的苯酚羥化酶基因（Phc）中有3個調(diào)節(jié)蛋白參與轉(zhuǎn)錄，使得降酚菌R5表現(xiàn)出相對高的苯酚降解活性。Powlowski等［27］發(fā)現(xiàn)菌株P(guān)seudomonas sp. CF600中的苯酚羥化酶與常見的細菌羥基化酚類化合物的黃素蛋白單加氧酶并不相同。同時還發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄激活因子XylR促進C23O的活性比DmpR作用強，并且XylR可以代替DmpR并控制C23O酶的活性，以此來調(diào)節(jié)菌株對甲苯和二甲苯的降解［28］。因此，充分開展苯酚降解基因的研究對進一步深入認識苯酚生物降解機制及在此基礎上開展定向代謝調(diào)控具有重要意義。

本課題組在前期的研究中分離得到1株能夠降解苯酚的糞產(chǎn)堿桿菌—A. faecalis JF101，基于產(chǎn)堿菌屬的代謝多樣性，為了進一步深入了解并挖掘其生物學功能和基因資源，通過基因組測序和生物信息學方法，分析菌株基因組中與苯酚降解相關(guān)的功能基因；采用比較基因組學分析，比較菌株JF101與其他近緣菌株的基因組異同，解析JF101基因組中苯酚降解的合成和調(diào)控基因，為苯酚污染生物修復的大規(guī)模工業(yè)應用和高效降解工程菌的構(gòu)建提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

糞產(chǎn)堿桿菌A. faecalis JF101（CMCC17153）由實驗室前期分離獲得，本實驗室保藏。

1.2 方法

1.2.1 菌株JF101的培養(yǎng)及DNA的提取 菌株JF101使用Luria?Bertani培養(yǎng)基搖瓶培養(yǎng)，30℃、160 r/min培養(yǎng)至靜止期?；蚪MDNA通過參考天根細菌DNA試劑盒（DP302?02）（天根生物科技（北京）有限公司）說明提取。

1.2.2 基因組測序、組裝與注釋 糞產(chǎn)堿桿菌JF101的基因組由Pacific Biosciences RS II平臺和Illumina MiSeq平臺確定。測序數(shù)據(jù)采用Pbdagcon（https://github.com/PacificBiosciences/pbdagcon）軟件對模板序列（Subread）進行自我糾正，基于糾正的Reads采用Celera、Falcon軟件組裝，選擇出最優(yōu)組裝結(jié)果。為了提高基因組序列的準確性，利用GATK（https://www.broadinstitute.org/gatk/）和SOap工具包對二代小片段數(shù)據(jù)進行單堿基糾正，得到高可信的組裝序列后對組裝結(jié)果進行序列成環(huán)判斷、基因組序列及質(zhì)粒序列區(qū)分。

采用Hidden Markov模型和GLIMER3（http://www.cbcb.umd.edu/software/glimmer/）軟件預測JF101的組裝結(jié)果，同時使用RNAmmer［29］軟件、tRNAscan?SE［30］軟件、Infernal［31］軟件、Rfam［32］數(shù)據(jù)庫、TRF（Tandem Repeat Finder）［33］軟件預測基因組中的rRNA、tRNA、sRNA和重復序列，并根據(jù)重復單元長度及數(shù)目篩選出其中的微衛(wèi)星以及小衛(wèi)星序列。

1.2.3 基因功能注釋 各基因功能注釋均使用Diamond軟件結(jié)合各個數(shù)據(jù)庫的特點完成，這些數(shù)據(jù)庫包括COG（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/research/cog?project/）、GO（http://geneontology.org/docs/ontolo gy?documentation/）、KEGG（https://www.kegg.jp/）等。

1.2.4 比較基因組分析 完成JF101基因組的測序與分析后，進一步將JF101與公布了完整的基因組信息且研究較深入的5株糞產(chǎn)堿桿菌A.faecalis.MUB14、A. faecalis.P156、A. faecalis.ZD02、ASM96730v2、A. faecalis.c16（以下簡稱MUB14、P156、ZD02、ASM96730v2、c16）進行比較基因組分析，基因組信息來自GenBank。本文通過6株菌株基因組的基本特征比較、基因家族統(tǒng)計及構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹對6株菌株進行了比較基因組分析。

系統(tǒng)發(fā)育樹的建立，首先通過蛋白序列BLAST比對、solar去除冗余得到基因家族統(tǒng)計，隨后使用Hcluster?sg（https://anaconda.org/bioconda/hcluster_sg）軟件對比對結(jié)果進行TreeFam聚類處理以及Muscle［29］（http://www.drive5.com/muscle）軟件對聚類的基因家族進行多序列比對，并將比對結(jié)果轉(zhuǎn)化為CDS區(qū)域的氨基酸多序列比對結(jié)果，最后使用TreeBeST［34］軟件對Muscle多序列比對結(jié)果采用NJ法進行單拷貝基因（Gene family模塊）的建樹分析。

1.2.5 基因功能挖掘 使用antisMASH（https://antismash.secondarymetabolites.org/#!/about）對JF101進行生物合成基因簇進行預測。

2 結(jié)果

2.1 糞產(chǎn)堿桿菌JF101基因組基本信息

糞產(chǎn)堿桿菌JF101二代測序共得到1 314 Mb原始數(shù)據(jù)，Reads長度150 bp，過濾后數(shù)據(jù)大小為1 310 Mb。三代測序得到的總堿基讀數(shù)為7 410 174 502 bp，Reads N90為7 978 bp，Reads N50為12 788 bp。經(jīng)過組裝得到完整的基因組，大小為 4 143 816 bp，GC占比為57.44%，組裝基因3 804個（圖1）。RNA預測結(jié)果得知該菌含有55個tRNA，9個rRNA，5個sRNA。目前糞產(chǎn)堿桿菌JF101序列已提交至GenBank數(shù)據(jù)庫，登錄號為CP118772。

圖1 糞產(chǎn)堿桿菌JF101基因組Fig. 1 Circular representation of Alcaligenes faecalis JF101 genome

2.2 基因功能注釋分析

2.2.1 COG數(shù)據(jù)庫注釋 為了進一步了解JF101基因組的功能，將蛋白序列與COG、GO、KEGG等數(shù)據(jù)庫進行比對獲得對應的注釋結(jié)果，并根據(jù)注釋結(jié)果對蛋白功能歸類分析。圖2是基于COG數(shù)據(jù)庫差異表達基因的生物學功能注釋結(jié)果，菌株JF101的全基因組中有3 040個基因得到功能注釋，占全基因序列的79.9%，其中cellular processes and signal transduction（細胞過程與信號傳導）占21.32%、information processing and storage（信息處理及儲存）占28.17%、metabolism（新陳代謝）占33.33%、function unidentified（未知功能）占17.18%。菌株基因組中參與新陳代謝類的基因最多，預示著其對多種污染物具有潛在的降解能力。在細胞過程與信號傳導類注釋的基因中，細胞壁、細胞膜的生物反應基因占比最大（5.46%），說明菌株JF101在生物膜形成方面具有較強的能力。

圖2 糞產(chǎn)堿桿菌JF101 基因組 COG 功能注釋分類Fig. 2 Functional classification of COG of A. faecalis JF101 genome

2.2.2 GO數(shù)據(jù)庫注釋 圖3為基于GO數(shù)據(jù)庫對基因功能進行cell component（細胞組分）、molecular function（分子功能）和biological process（生物過程）的注釋分析，結(jié)果表明，菌株JF101有2 529個（占比66.48%）基因得到注釋。分子功能注釋基因中參與cytological processes（細胞過程）、catabolic processes（代謝流程）、microbial regulation（微生物調(diào)節(jié)）、positioning（定位）的基因占比較多，其中bioconjugation capacity（生物結(jié)合能力）和biocatalyt?ic viability（生物催化活力）過程的基因在生物過程中的基因注釋最多，預示著菌株在催化方面具有良好的潛力。細胞組分注釋基因包括cellular anatomi?cal entities（細胞解剖實體）、cellular intracellular（細胞內(nèi)）和complex?containing proteins（含復合體的蛋白質(zhì)），其中cellular anatomical entities功能注釋的基因數(shù)量最多。

圖3 糞產(chǎn)堿桿菌JF101 基因組GO功能注釋分類Fig. 3 Functional classification of GO of A. faecalis JF101 genome

2.2.3 KEGG數(shù)據(jù)庫注釋 菌株有2 415個基因在KEGG數(shù)據(jù)庫中得到功能注釋，圖4所示，在6大類的代謝通路中，注釋出的基因主要歸屬于metabo?lism（新陳代謝）、heredity（遺傳）、environment（環(huán)境）和cell process（細胞過程）等相關(guān)通路。其中，新陳代謝通路中synthesis and metabolism of amino acids（氨基酸合成及代謝）、synthesis and metabolism of carbohydrates（碳水化合物合成及代謝）和general and outlined maps（全部概覽）通路的基因得到較多注釋，分別有264個、196個和760個。進一步分析發(fā)現(xiàn)，新陳代謝通路中有42個基因功能注釋與芳香族化合物的降解相關(guān)，側(cè)面說明菌株JF101具有潛在的降解苯酚的能力。在環(huán)境通路中，cellular transfer（膜轉(zhuǎn)運）的注釋基因最多，這與細胞的物質(zhì)轉(zhuǎn)運有著重要的聯(lián)系。值得關(guān)注的是，在organic system（有機系統(tǒng)）通路中有關(guān)于adaptation of bacte?ria to their environment（細菌對環(huán)境的適應性）的注釋基因，預示著菌株JF101在酚類等有機化合物的環(huán)境中具有良好的適應性。

圖4 糞產(chǎn)堿桿菌JF101 基因組KEGG功能注釋分類Fig. 4 Functional classification of KEGG of A. faecalis JF101 genome

2.3 苯酚降解基因及其功能分析

對菌株JF101降解苯酚的關(guān)鍵蛋白及其功能進行注釋與分析，結(jié)果顯示菌株JF101有11個潛在的降解苯酚酶：GL?1751、GL?1752、GL?1755、GL?1756、GL1849、GL?1850、GL1851、GL1852、GL1853、GL1854、GL?1855。根據(jù)全基因序列的功能注釋，GL?1849為特異性調(diào)節(jié)蛋白，它對苯酚羥化酶基因的反向轉(zhuǎn)錄起到調(diào)節(jié)作用；GL?1850、GL1851、GL1852、GL1853、GL1854、GL?1855位點標記的分別是苯酚羥化酶P0、P1、P2、P3、P4、P5蛋白，其中P2為羥化酶，P4為還原酶，其他3個為調(diào)節(jié)蛋白，它們共同組成一個多組分PH（苯酚羥化酶），分別由基因dmp?KLMNOP編碼，參與苯酚的羥基化生成鄰苯二酚。GL?1752位點標記為C12O（鄰苯二酚1,2?雙加氧酶），催化鄰苯二酚轉(zhuǎn)化為順-順粘糠酸，啟動otho?通路。粘糠酸環(huán)異構(gòu)酶、粘內(nèi)脂D?異構(gòu)酶和3?氧代己二酸烯醇內(nèi)酯酶分別由GL?1751、GL?1756、GL?1755編碼，這些基因參與順-順粘糠酸轉(zhuǎn)化為（+）?粘糠酸內(nèi)脂、3?氧乙酸烯醇內(nèi)脂和丁二酸，最后進入三羧酸循環(huán)。

將上述11個參與苯酚降解的蛋白通過BLAST軟件進行氨基酸序列比對，表1顯示同源性最高的相關(guān)基因及菌株。在菌株JF101潛在的多組分PH中，GL?1849由MOPR基因編碼，該氨基酸序列與Sediminispirochaeta smaragdinae DSM 11293的MOPR氨基酸序列有47.9%的同源性，而PH（由dmp?KLMNOP基因編碼）與菌株P(guān)sychrobacter sp.和Alcaligenes faecalis的PH的同源性高達86.7%-100%。菌株JF101潛在的其他苯酚降解蛋白粘糠酸環(huán)異構(gòu)酶、粘內(nèi)脂D?異構(gòu)酶、3?氧代己二酸烯醇內(nèi)酯酶與比對蛋白具有很高的同源性（97%-100%），說明菌株JF101理論上通過otho?途徑降解苯酚。

表1 糞產(chǎn)堿桿菌JF101苯酚降解相關(guān)基因與其他細菌同源基因的同源性比較Table 1 Homology comparison of phenol degradation-related genes of A. faecalis JF101 and homologous genes in other bacteria

2.4 比較基因組學

為了對比研究相同菌屬菌株之間基因組的共性和差異性，選擇數(shù)據(jù)庫中公布了全基因組信息的5株糞產(chǎn)堿桿菌MUB14、P156、ZD02、c16和ASM96730v2進行比較分析，結(jié)果如表2所示。6株菌的基因組大小為4.04-4.35 Mb，其中基因組最大的為MUB14，最小的為P156，編碼蛋白范圍為：3 616-3 973個，GC含量范圍為：56.3%-57.44%，rRNA與tRNA的數(shù)量相差不大。MUB14含有兩個分子量分別為0.04 Mb和0.06 Mb的質(zhì)粒，ZD02和ASM96730v2均含有一個0.01 Mb大小的質(zhì)粒，而菌株JF101與P156和 c16這2株菌株沒有質(zhì)粒。

表2 糞產(chǎn)堿桿菌基因組的基本特征Table 2 Basic characteristics of the genome of A. faecalis

基因家族統(tǒng)計結(jié)果表明菌株JF101與5株糞產(chǎn)堿桿菌的共有同源基因家族有2 028個（圖5），說明這些基因家族成員的功能具有相似性。同時，JF101、MUB14和c16擁有5個特有基因家族，其他3株菌株沒有特有基因家族?；贕ene Family分析結(jié)果對上述6株糞產(chǎn)堿桿菌構(gòu)建進化樹（圖6），糞產(chǎn)堿桿菌JF101與上述5株細菌都聚類到同一分支，說明這6株糞產(chǎn)堿桿菌有著共同的祖先，其中菌株JF101與c16的進化關(guān)系最近，它們之間的遺傳變異度約為0.006，而與菌株MUB14、ZD02和ASM96730v2的遺傳變異度較大，約為0.024。

圖5 同源基因家族數(shù)目Venn圖Fig. 5 Venn diagram of the number of homologous gene families

圖6 系統(tǒng)發(fā)育樹Fig. 6 Phylogenetic tree

2.5 菌株JF101潛在功能的挖掘

為了挖掘菌株JF101的耐鹽功能，通過基因功能注釋進行分析，表3匯總了與細胞內(nèi)相容性溶質(zhì)轉(zhuǎn)運相關(guān)的基因。其中K+transport system（K+轉(zhuǎn)運系統(tǒng)）包含Trk和Kdp系統(tǒng)，它們分別是組成型表達系統(tǒng)和轉(zhuǎn)錄調(diào)控型系統(tǒng)；Proline and betaine transport（脯氨酸和甜菜堿轉(zhuǎn)運）系統(tǒng)包含ProP系統(tǒng)，ProP系統(tǒng)在高滲條件下對積累脯氨酸和甜菜堿發(fā)揮著重要的作用；choline/glycine/proline betaine transport genes（膽堿/甘氨酸/脯氨酸甜菜堿轉(zhuǎn)運基因）包含betT和betS基因，這些基因表明菌株JF101具有潛在的耐鹽能力。基于上述基因分析，本研究初步考察了菌株在鹽條件下的降解情況。發(fā)現(xiàn)JF101在無鹽和3% NaCl條件下，菌株10 h能完全降解50 mg/L苯酚，而在5% NaCl的條件下仍能獲得32.4%的降解率，說明菌株JF101具有一定的耐鹽性。

表3 菌株JF101與相容性溶質(zhì)轉(zhuǎn)運相關(guān)的耐鹽基因Table 3 Salt-tolerant genes related to compatible solute transport in strain JF101

采用antisMASH分析的結(jié)果（圖7）表明，菌株JF101潛在有細菌素類基因簇和萜類基因簇。其中JF101中細菌素基因簇與貝氏芽孢桿菌FZB42的桿菌素生物合成基因簇的相似性為60%，與埃爾吉芽孢桿菌B69的嗜鐵素生物合成基因簇相似性為50%。另外菌株中萜類基因簇與金鏈球菌ATCC11523四氫嘧啶生物合成基因簇相似性最高，為75%。說明JF101具有合成桿菌素、嗜鐵素和四氫嘧啶等物質(zhì)的潛力。

圖7 糞產(chǎn)堿桿菌JF101次級代謝產(chǎn)物合成基因簇的序列比較Fig. 7 Sequence comparison of the JF101 secondary metabolite synthesis gene cluster in A. faecalis JF101

3 討論

生物降解是環(huán)境污染物轉(zhuǎn)化的根本途徑，本研究通過全基因組測序和生物信息學分析的方法，對1株糞產(chǎn)堿桿菌A.faecalis JF101進行了苯酚降解基因解析和比較基因組學分析，為進一步闡釋苯酚降解機制以及開展工程應用奠定基礎。JF101的基因組大小為4 143 816 bp，GC 含量為57.44%，共編碼3 804個編碼基因。在GO、COG、KEGG數(shù)據(jù)庫中分別有2 529、3 040、2 415個蛋白序列被注釋出了功能，在這些功能蛋白中被注釋最多的單元與新陳代謝相關(guān)，預示著其對多種污染物具有潛在的降解能力。研究發(fā)現(xiàn)，生物體的膜結(jié)構(gòu)會因為芳香族化合物的親脂性引起疏水作用而受到破壞［35］。細胞過程與信號傳導類注釋基因中細胞壁和細胞膜的生物反應基因較多，說明菌株JF101在生物膜形成方面具有較強的能力，并且對芳香族化合物的毒害作用具有潛在的耐受能力。同時，KEGG數(shù)據(jù)庫中注釋了42個與芳香族化合物的降解相關(guān)的基因，表明JF101對芳香族化合物具有降解能力。

通過基因功能注釋分析了菌株JF101潛在的苯酚降解酶，包括PH、C12O、粘糠酸環(huán)異構(gòu)酶、粘內(nèi)脂D?異構(gòu)酶和3?氧代己二酸烯醇內(nèi)酯酶，預示著菌株JF101通過otho?途徑降解苯酚。其中，由MOPR基因編碼的調(diào)節(jié)蛋白GL?1849是苯酚降解的正調(diào)控基因，此類正調(diào)控基因還包括dmpR、mphR、aphR等，它們編碼的調(diào)控蛋白屬于DmpR和XylR調(diào)控蛋白家族，能起始基因的轉(zhuǎn)錄［36-38］。而在C.testosteroni TA441和R5等苯酚降解菌中存在負調(diào)控基因aphS、phcS和phcT［39］。aphS位于正調(diào)控基因aphR基因的下游，苯酚存在時會完全抑制aphR蛋白激活的苯酚羥化酶的表達，使得菌株TA441不能以苯酚作為碳源生長［40］。苯酚羥化酶PH是啟動苯酚生物降解的第一步關(guān)鍵酶，盡管PH基因一般高度保守，所有多組分PH都由6個亞基組成，分別由KLMNOP基因編碼［41］，但是不同的菌株可能存在轉(zhuǎn)錄調(diào)控機制上的差異，從而使得PH的活性產(chǎn)生不同，因此需要進一步開展菌株JF101的代謝調(diào)控研究。

JF101與同屬的5株糞產(chǎn)堿桿菌基因組的基本特征存在一定的差異，表明不同菌株在進化過程中會發(fā)生基因丟失或者獲得新的基因和質(zhì)粒，使得菌株之間在基因水平上逐漸出現(xiàn)差異［42］?；蚨鄻有允俏锓N進化的結(jié)果，菌株JF101與5株糞產(chǎn)堿桿菌MUB14、P156、ZD02、c16和ASM96730v2具有2 028個共有同源基因家族，同源基因具有功能相似性［43］。根據(jù)文獻報道，MUB14具有降解多種物質(zhì)的基因，如三硝基甲苯、萘、雙酚A等［44］；P156能以煙酰胺作為唯一碳源生長［45］；ZD02可作為根結(jié)線蟲的生物殺蟲劑［46］，以及用于有機污染物和化學農(nóng)藥的降解［47］；c16具有異養(yǎng)硝化和好氧反硝化能力，能去除高濃度的氨氮［48］，由此推測菌株JF101在生物降解方面可能具有相似的功能或者可以作用相似的底物。在菌株JF101的KEGG功能注釋分析中，發(fā)現(xiàn)新陳代謝通路潛在有15個與氨代謝和6個與萘降解的相關(guān)基因。質(zhì)粒攜帶的遺傳信息能賦予生物體某些生物學性狀，有利于菌株在特定的環(huán)境條件下生存［49］。菌株JF101與菌株P(guān)156和菌株c16不含有質(zhì)粒，可能不具有某些生物學形狀，但是菌株JF101的特有基因數(shù)目多于其他5株菌株。在GO數(shù)據(jù)庫分析中，特有基因和非共有基因主要集中于未知功能、轉(zhuǎn)運蛋白活性等過程，預示著菌株JF101可能具有某些潛在的功能，例如對次級代謝產(chǎn)物基因簇的分析發(fā)現(xiàn)菌株對萜類、細菌素類物質(zhì)有潛在的合成能力等。

研究表明，苯酚降解中間產(chǎn)物粘糠酸在高鹽條件下易于累積，導致產(chǎn)物抑制使得苯酚降解速率降低［50］，而大多數(shù)工業(yè)廢水中都含有可溶性無機鹽［51］，大部分微生物在鹽環(huán)境下常因滲透脅迫而受到抑制，甚至完全失活。面向?qū)嶋H廢水鹽條件而開展的功能挖掘，對進一步發(fā)展菌株JF101的工程應用非常有指導意義。通過全基因組分析，菌株JF101潛在有與細胞內(nèi)相容性溶質(zhì)轉(zhuǎn)運相關(guān)的基因：Trk、Kdp、ProP系統(tǒng)和betT和betS基因，這些基因在高滲透壓的刺激下會轉(zhuǎn)運K+、脯氨酸、甜菜堿和膽堿等物質(zhì)來調(diào)節(jié)細胞膨脹壓力，使細胞能快速適應鹽分波動從而抵抗外界的高鹽環(huán)境。Tanudjaja等［52］發(fā)現(xiàn)嗜鹽菌株Escherichia coli K?12具有Trk型鉀離子（K+）轉(zhuǎn)運蛋白TrkG和TrkH，其中TrkH比TrkG更支持細胞生長，而TrkG能夠補充大腸桿菌中trkh介導的K+吸收的損失。在嗜鹽菌Halobacterium salinarum中，K+吸收系統(tǒng)編碼的KdpFABC基因表達嚴格依賴于生長培養(yǎng)基中的K+濃度，當外源K+濃度為250 μmol/L-20 mmol/L時，kdpFABCQ操縱子呈中等水平表達；當胞外K+濃度為20-250 μmol/L時表達顯著增加，并且在20 μmol/L時表達最強，說明K+濃度過高會抑制基因轉(zhuǎn)錄［53］。Souii等［54］發(fā)現(xiàn)甘氨酸甜菜堿可以保護Microbacterium metallidurans TL13免受高滲透脅迫，它主要由膽堿高親和性轉(zhuǎn)運系統(tǒng)（BetT），膽堿脫氫酶（BetA）和甜菜堿醛脫氫酶（BetB）進行作用合成。另外，試驗初步證明了JF101具有一定的耐鹽性，目前文獻報道的降解苯酚的耐鹽菌或者嗜鹽菌有Arthrobacter sp.、Brachybacterium sp.、Halomonas sp.和Bacillus sp.［51］，這些苯酚降解菌大多數(shù)能夠在NaCl為1-10%的培養(yǎng)基中降解苯酚，如苯酚降解菌SASS1能夠在0-4% NaCl濃度范圍內(nèi)將1 500 mg/L苯酚完全降解［55］；Gong等［56］從沿海土壤分離出一株酵母菌SDP?1能夠在0-5% NaCl下有效去除苯酚；Zhang等［57］發(fā)現(xiàn)在3% NaCl下耐鹽菌株SAS26可以在60 h內(nèi)完全降解1 500 mg/L的苯酚，但是當鹽度升高到4%-6%時苯酚降解率降低。然而，目前關(guān)于耐鹽并且能夠降解苯酚的糞產(chǎn)堿菌屬鮮見報道，菌株JF101的耐鹽功能為后續(xù)系統(tǒng)研究其耐鹽特性及作用機制奠定了基礎。同時，研究認為苯酚濃度和鹽度都會影響相關(guān)調(diào)控蛋白和代謝基因的表達，因此，菌株JF101的苯酚降解機制和耐鹽機制需要進一步深入的研究，以充分開發(fā)利用菌株的生物功能價值。

4 結(jié)論

本研究對糞產(chǎn)堿桿菌JF101進行了全基因組測序，獲得該菌株的完整基因組信息，并對其進行了比較基因組學分析。在功能注釋基因中篩選和鑒定了與苯酚降解相關(guān)的基因。與耐鹽性質(zhì)相關(guān)的相容性溶質(zhì)轉(zhuǎn)運基因的挖掘和初步試驗證明了菌株JF101具有耐鹽特性。