克雷伯氏菌ES15通过gst基因调控及分子对接实现乙草胺高效生物降解的机制与应用

针对乙草胺长期使用导致的土壤污染问题，研究人员从农药厂活性污泥中分离出Klebsiella michiganensis ES15菌株，通过基因敲除（Km-gst）、异源表达和分子 docking 技术，揭示其79.23%降解效率的关键机制，证实该菌能缓解乙草胺对敏感作物（菠菜）的毒害，为农业污染修复提供新策略。

　　

乙草胺作为氯乙酰胺类除草剂，因成本低、效果佳被广泛用于玉米和大豆田，但其化学结构稳定，长期使用导致土壤残留浓度高达203.18 ng·g^?1，甚至污染地下水（30.50 ng·L^?1），威胁敏感作物生长并破坏微生物群落。传统物理化学降解法易产生二次污染，而微生物降解因其环境友好性成为研究热点。吉林省科技发展计划重点项目支持的研究团队从乙草胺农药厂污染污泥中分离出一株高效降解菌——Klebsiella michiganensis ES15，通过多组学技术解析其降解机制，成果发表于《Pesticide Biochemistry and Physiology》。

研究采用响应面法优化培养基，结合基因表达谱分析、基因敲除（Km-gst）和异源表达验证功能基因，运用分子 docking 模拟GST蛋白与乙草胺互作，并通过qPCR检测抗氧化（sodB、katA）和生物膜相关基因（waaE、luxS）表达。土壤实验采用未灭菌土壤评估实际修复效果。

关键结果

1. 菌株鉴定与优化：ES15在pH 7、20 mg·L^?1乙草胺条件下4天降解率达79.23%，耐受Fe³⁺/Zn²⁺。
2. 功能基因作用：gst基因表达上调16.28倍，敲除后降解效率下降40%，证实其为核心降解基因。
3. 降解途径：乙草胺被转化为2-甲基-6-乙基-2-氯乙酰苯胺（CMEPA），进一步水解为低毒2-甲基-6-乙基苯胺。
4. 应激响应：SOD、CAT等酶活性呈先升后降趋势，sodB和waaE基因分别上调14.36倍和18.84倍。
5. 实际应用：28天内土壤降解率79.9%，显著减轻乙草胺对菠菜的毒害。

结论与意义
该研究首次阐明Km-GST在乙草胺降解中的关键作用，通过分子 docking 揭示其结合模式，为定向改造降解酶提供理论依据。ES15菌株的土壤定植能力与生物膜形成特性（rhII、lasR基因参与）增强了其在复杂环境中的稳定性。研究成果为农业污染修复提供了兼具高效性和生态安全性的微生物资源，推动绿色农业发展。