海洋放线菌门细菌基因组与转录组整合分析揭示其烃类降解的适应性机制

为解决海洋油污导致的生态挑战，研究人员通过多组学方法研究了由Rhodococcus sp.、Gordonia sp.和Janibacter indicus组成的合成海洋菌群，发现其携带alkB、cyp、nah等关键烃类降解基因簇，12天内实现十六烷降解率>97%、菲降解率63%，转录组揭示487个差异基因动态调控脂代谢与膜转运通路，为海洋石油污染生物修复提供新策略。

　　

海洋石油污染对生态系统构成严峻威胁，多环芳烃（PAHs）和烷烃类化合物的持久性毒性亟需高效生物修复方案。传统研究多聚焦单一菌属，而真实环境中微生物协同降解的分子机制尚不明确。针对这一科学缺口，法国IPREM实验室（Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les matériaux）的Robert Duran团队在《Environmental Technology》发表研究，通过整合基因组与转录组技术，解析了由Rhodococcus sp. 1Y、Gordonia sp. BP1o和两株Janibacter indicus组成的合成菌群降解烃类的分子机制。

研究采用四大关键技术：1）从法国Etang de Berre工业污染海岸分离菌株并通过16S rRNA系统发育鉴定；2）Illumina NovaSeq平台完成全基因组测序，结合SPAdes组装和Prokka注释；3）antiSMASH预测次级代谢产物；4）在模拟海水培养基（swMM）中构建苯并芘/十六烷降解体系，通过GC-FID检测降解率并开展时间序列转录组分析。

基因组特征揭示代谢潜能
Rhodococcus sp. 1Y以6.2 Mbp基因组和70.28%高GC含量成为核心降解菌，携带alkB、nahAB等38个烃类降解基因，数量远超其他菌株。移动遗传元件分析显示Gordonia sp. BP1o含150个可移动元件，暗示其强基因组可塑性。

降解通路的功能分化
KEGG注释显示Rhodococcus sp. 1Y独有苯甲酸降解通路（41基因），而两株J. indicus共享芳烃降解核心基因（如todE）。次级代谢预测发现所有菌株均含渗透保护剂ectoine合成基因，Rhodococcus sp. 1Y还产表面活性剂mycosubtilin促进烃类乳化。

转录动态耦合降解效率
在50 mg/L混合烃体系中，菌群12天内降解97%十六烷和63%菲。差异表达基因（DEGs）分析显示第9天为代谢高峰，fadD36等β-氧化基因上调2.5倍；第12天487个基因下调反映底物耗竭。值得注意的是，儿茶酚1,2-双加氧酶基因catA在多个时间点差异表达，提示其对芳烃降解的时序调控作用。

该研究首次阐明海洋放线菌门通过基因组可塑性与转录重编程协同降解烃类的机制。Rhodococcus sp. 1Y的广谱降解能力与Gordonia sp. BP1o的芳香烃专一性形成功能互补，而J. indicus则贡献应激耐受特性。研究为设计海洋油污合成菌群提供了分子靶点，如强化alkB和catA的共表达可提升修复效率。未来需通过qPCR验证关键基因表达，并开展原位试验验证菌群的实际应用潜力。