4月7日中國(guó)科學(xué)院水生所李仁輝課題組的研究人員在國(guó)際著名期刊美國(guó)《公共科學(xué)圖書(shū)館—綜合》（PLoS ONE）上發(fā)表了題為“Genes Associated with 2-Methylisoborneol Biosynthesis in Cyanobacteria: Isolation, Characterization, and Expression in Response to Light”的研究論文。該研究得到了國(guó)家基礎(chǔ)研究973計(jì)劃，國(guó)家重大科技水專(zhuān)項(xiàng)和中科院“百人計(jì)劃”等項(xiàng)目的資助。

 

具土霉味的萜類(lèi)化合物2-MIB（2-甲基異茨醇）和Geosmin(土腥素)被認(rèn)為是引起各種淡水水體異味問(wèn)題的主要原因。自然界中多種微生物（主要是藍(lán)藻、鏈霉菌和真菌等）可以通過(guò)次生代謝合成和釋放這類(lèi)化合物。隨著全球富營(yíng)養(yǎng)化的加重，藍(lán)藻水華頻繁爆發(fā)，由此引起的異味問(wèn)題和毒素問(wèn)題極大的降低了自然和飲用水體的安全性。作為富營(yíng)養(yǎng)化水體中重要的生物類(lèi)群，藍(lán)藻和放線菌通常被認(rèn)為是異味物質(zhì)合成和釋放的主要生物類(lèi)群。近年來(lái)，放線菌和藍(lán)藻的Geosmin生物合成機(jī)制、放線菌2-MIB的合成機(jī)制已經(jīng)相繼被闡明，控制其合成的基因也獲得鑒定，而藍(lán)藻的2-MIB合成基因尚未克隆鑒定。在此背景下，藍(lán)藻合成2-MIB的分子基礎(chǔ)引起了研究者的關(guān)注。

 

在中科院水生生物研究所李仁輝研究員的指導(dǎo)下，博士研究生王中杰等利用PCR技術(shù)成功從兩株產(chǎn)2-MIB的藍(lán)藻（Pseudanabaena sp. 和 Planktothricoids raciborskii）中克隆了2-MIB生物合成相關(guān)基因。一個(gè)SAM依賴(lài)性甲基轉(zhuǎn)移酶基因和一個(gè)單萜環(huán)化酶基因通過(guò)連續(xù)的兩步催化將前體物GPP（geranyl pyrophosohate）轉(zhuǎn)化為2-MIB：GPP的甲基化和隨后的環(huán)化反應(yīng)。這兩個(gè)基因位于兩個(gè)預(yù)測(cè)的環(huán)化核苷酸結(jié)合蛋白基因（Crp-Fnr調(diào)控家族）之間并與這兩個(gè)基因形成了一個(gè)操縱子結(jié)構(gòu)。序列相似性分析表明，藍(lán)藻和放線菌的2-MIB相關(guān)基因具有相對(duì)較高的相似度和同源性。不同生物類(lèi)群?jiǎn)屋骗h(huán)化酶基因motif位點(diǎn)的比較和基因的排列順序比較的結(jié)果顯示2-MIB相關(guān)基因在進(jìn)化過(guò)程中可能發(fā)生了基因間的重組。系統(tǒng)分析表明，藍(lán)藻的2-MIB基因可能來(lái)源于放線菌，但是在進(jìn)化的過(guò)程中形成了不同的進(jìn)化路線?；虮磉_(dá)結(jié)果顯示光照強(qiáng)度是2-MIB轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)的一個(gè)關(guān)鍵的環(huán)境因子，低光強(qiáng)促進(jìn)基因轉(zhuǎn)錄而高光強(qiáng)抑制轉(zhuǎn)錄。在藍(lán)藻中克隆2-MIB合成基因?qū)⒂欣谄洚愇段镔|(zhì)形成的研究和分子監(jiān)測(cè)、預(yù)警方法的建立。