narG（而非napA）在铜绿假单胞菌Y-9中介导有氧硝酸盐还原过程

《Water Research X》：narG, rather than napA, mediates aerobic nitrate reduction process in Pseudomonas putida Y-9

基因敲除和同位素实验表明，Pseudomonas putida Y-9的narG编码硝酸盐还原酶对有氧条件下的硝酸盐（NO3?-N）和亚硝酸盐（NO2?-N）还原至关重要，而napA基因功能冗余。突变体显示，napA缺失仅轻微影响生长和氮代谢效率，但narG缺失导致细菌无法生长且显著降低硝酸盐去除效率。15N同位素实验证实narG介导的还原途径是硝酸盐转化为铵盐（NH4?-N）的主路径，且与氨素合成基因glnA的上调相关。该研究揭示了narG在假单胞菌属中首次被证实参与有氧硝态氮代谢调控，为微生物氮循环机制和生物修复应用提供新依据。

　　本研究探讨了假单胞菌Y-9菌株中硝酸盐还原相关基因napA和narG在氮代谢中的作用，特别是在好氧条件下硝酸盐（NO??-N）的转化过程。通过构建这两种基因的敲除突变株，研究发现narG在硝酸盐还原中具有关键作用，而napA则显示出一定的功能冗余。研究结果不仅为理解氮循环中的分子机制提供了新的遗传证据，也为优化生物修复技术提供了理论基础。

假单胞菌是一种在自然界中广泛存在的细菌，尤其在氮循环中扮演重要角色。它们能够通过多种途径进行硝酸盐的转化，包括同化硝酸盐还原（ANRA）、脱化硝酸盐还原为铵（DNRA）以及反硝化作用。这些过程对于维持生态系统的氮平衡至关重要。然而，关于这些基因在好氧条件下的具体功能和调控机制仍存在许多未知之处。本研究通过对Y-9菌株进行基因敲除实验，分析了这些基因对氮转化的影响。

在研究中，通过同源重组技术构建了napA和narG的敲除突变株及其互补株。实验结果显示，敲除napA对菌株的生长和硝酸盐还原效率影响较小，但显著降低了硝酸盐还原过程中的中间产物亚硝酸盐（NO??-N）的去除效率。相比之下，敲除narG则对菌株的生长和硝酸盐去除能力产生了严重影响，导致菌株无法有效进行硝酸盐还原，进而影响其氮代谢活动。进一步的1?N同位素实验表明，narG在DNRA和ANRA过程中均起着关键作用，而napA则主要在硝酸盐还原的某些阶段表现出冗余功能。

此外，研究还发现，尽管napA和narG在硝酸盐还原过程中并非绝对必要，但它们的缺失会影响亚硝酸盐和铵的转化效率。具体来说，敲除这些基因会降低亚硝酸盐的去除效率，但同时促进铵的同化。这一发现揭示了这些基因在氮代谢中的复杂调控关系，为深入理解微生物在氮循环中的作用提供了新的视角。

研究还探讨了这些基因在不同氮源环境下的表达情况。在含有铵的培养基中，两种突变株的生长和铵的去除效率虽然有所延迟，但最终仍能有效去除铵。这表明，虽然napA和narG在铵利用中不是必不可少的，但它们的缺失会促进铵的同化过程。通过qPCR分析，研究发现两种突变株中的glnA基因表达显著上调，这可能与铵的同化过程有关。

实验还涉及了多种分析方法，包括实时定量PCR（qPCR）和同位素比质谱分析，以评估基因表达水平和氮转化效率。研究结果表明，narG在好氧条件下对硝酸盐的还原起着主导作用，而napA则在某些情况下表现出冗余功能。这些发现对于理解微生物在氮循环中的分子机制具有重要意义，也为生物修复技术的应用提供了新的思路。

总之，本研究通过基因敲除和互补实验，揭示了napA和narG在假单胞菌Y-9氮代谢中的不同功能和调控机制。这些结果不仅有助于深入理解氮循环的分子基础，还可能为改善氮污染环境的生物修复策略提供科学依据。