环境微生物学课题组揭示除草剂麦草畏微生物代谢机制及其应用前景

2016年7月15日，美国微生物学会（ASM）旗下杂志《应用与环境微生物学》（Applied and Environmental Microbiology）在线发表了南京农业大学生科院环境微生物学课题组关于麦草畏微生物降解机理的重要研究成果。论文题为《A Tetrahydrofolate-Dependent Methyltransferase Catalyzing the Demethylation of Dicamba in Sphingomonas sp. Strain Ndbn-20》(http://aem.asm.org/content/82/18/5621.short)。南京农业大学为第一署名单位、生科院姚利博士为第一作者、何健教授为通讯作者。麦草畏属于安息香酸系除草剂，对一年生和多年生阔叶杂草有显著防除效果，具有广谱高效、低毒和杂草抗性产生慢等优点，是孟山都研发的新一代抗除草剂转基因作物的靶标除草剂。目前的麦草畏脱毒酶基因（麦草畏脱甲基酶DMO）专利掌握在生物技术巨头孟山都手里，我国还没有麦草畏抗性基因产权，技术上受制于人。麦草畏在环境中的降解代谢过程尚不明确，制约了对其环境行为和生态毒理的研究。关于麦草畏的微生物降解机理的研究，目前只报道过一个关键基因和酶，因此关于其微生物的降解机理在基因水平及蛋白水平的研究相当匮乏。经过研究，该团队发现菌株Ndbn-20内存在着一个新型依赖四氢叶酸的脱甲基酶Dmt66，该酶以四氢叶酸为辅因子高效地将麦草畏降解为3,6-二氯水杨酸（3,6-DCSA）。本论文的研究结果揭示了一个新的麦草畏脱甲基机制。此外该团队与大北农生物技术有限公司合作，将编码dmt66核苷酸序列进行密码子优化后转录拟南芥中，大大提高了拟南芥对麦草畏的抗性。该研究为抗麦草畏转基因工程提供性能更优良的基因资源。

通过分析发现菌株Ndbn-20的16S rRNA序列与已报道的微生物种属具有较低的相似性，结合该菌的麦草畏降解性能、16S rRNA基因系统进化发育分析和生理生化特性（如碳氮源利用、脂肪酸成分和基因组GC含量分析）等特性，确定菌株Ndbn-20为Rhizorhabdus属的一个新种，命名为Rhizorhabdus dicambivorans sp. nov. Ndbn-20T。相关成果于2016年9月1日发表在《International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology》 (http:/ijs.microbiologyresearch.org/content/journal/ijsem/10.1099/ijsem.0.001194). 南京农业大学为第一署名单位、生科院姚利博士为第一作者、何健教授为通讯作者。

2017年12月1日，《Applied and Environmental Microbiology》在线发表了何健教授团队关于麦草畏微生物降解机理的另一重要研究成果。论文题为《3,6-Dichlorosalicylate Catabolism Is Initiated by the DsmABC Cytochrome P450 Monooxygenase System in Rhizorhabdus dicambivorans Ndbn-20》(http://aem.asm.org/content/early/2017/11/28/AEM.02133-17.abstract)。南京农业大学为第一署名单位、生科院李娜博士为第一作者、何健教授为通讯作者。本研究通过基因组分析克隆到一个3,6-DCSA降解基因簇dsmR1DABCEFGR2。实验验证了三组份细胞色素P450氧化还原酶系统DsmABC，能将 3,6-DCSA 羟基化形成3,6-二氯龙胆酸（3,6-DCGA）。DsmABC是首次发现的能将水杨酸的衍生物羟基化生成龙胆酸的衍生物的细胞色素P450羟基化酶。