摘要:离子转运蛋白在维持细胞内pH稳态、离子动态平衡等方面发挥着重要作用。钠离子转运体和钾离子转运体在嗜盐耐盐微生物中广泛存在,其保钾排钠机制是微生物抗盐胁迫的两大策略之一。近年来,嗜盐耐盐微生物中许多新型钠、钾离子转运体被陆续发现,如RDD蛋白、UPF0118蛋白、DUF蛋白和KimA蛋白等;Fe3+、Mg2+等其他金属离子的转运蛋白也被证实可通过影响微生物胞内相容性溶质的合成起到渗透调节的作用。本文综述了嗜盐耐盐微生物中抗盐胁迫相关的各类离子转运蛋白,分析其分子结构和工作机理,并对这些蛋白在农业方面的应用进行了展望。继续发现新的离子转运蛋白,探究抗盐胁迫相关离子转运蛋白的结构和机理,解析各转运系统的协同作用及分子调控机制,将进一步加深对嗜盐耐盐微生物抗盐胁迫调控的认识,并为盐碱地农作物的改良等提供新的思路。

摘要:L-精氨酸是一种半必需氨基酸，广泛应用于食品、制药、饲料等行业。[目的] 当前对L-精氨酸生产菌株的研究，极少涉及离子转运领域。在本研究中，发现在发酵时适量添加外源K+有利于促进钝齿棒杆菌（Corynebacterium crenatum）SYPA5-5合成L-精氨酸。[方法] 在C. crenatum SYPA5-5发酵培养基外源添加0.5 g/L和2.5 g/L的K3PO4，取对数期发酵样品进行转录组数据分析，挖掘出K+转运相关的阳离子转运ATP酶CTAP1以及单价阳离子/H+逆转运蛋白Mrp1A，研究其在C. crenatum SYPA5-5快速合成L-精氨酸阶段，对菌株生长及L-精氨酸合成的影响。[结果] 对基因ctap1和mrp1分别进行敲除和过表达，深入研究突变株对L-精氨酸合成的影响。研究发现同时过表达离子转运蛋白CTAP1和Mrp1A更有利于胞内离子、pH稳态和渗透压调节，最终提高L-精氨酸的产量。在补料分批发酵中分别过表达Mrp1A、CTAP1以及同时过表达Mrp1A和CTAP1的菌株L-精氨酸产量分别达到61.4 g/L、63.9 g/L和65.3 g/L，产率分别为0.383 g/g、0.392 g/g和0.395 g/g，比C. crenatum SYPA5-5分别提高了34.9%、38.0%和39.1%。[结论] CTAP1是特异性的K+转运ATP酶，可以将培养基中的K+运输到胞内。同时Mrp1A可将胞内K+和Na+等单价阳离子运输到胞外，将胞外H+运输至胞内，中和胞内L-精氨酸所导致的碱性环境，从而维持胞内pH稳定。CTAP1和Mrp1A的研究为解析离子转运机制和L-精氨酸合成之间的联系奠定了基础。