摘要

糖原是一种高度分支的多糖，广泛存在于所有生命领域。它已在许多细菌物种中得到鉴定，并作为一种重要的储能化合物发挥作用。此外，它在细菌传播、致病性和环境生存能力方面发挥着重要作用。有五种必需酶（编码基因）直接参与细菌糖原代谢，在大肠杆菌中与 glgC 基因中的亚操纵子启动子形成单个操纵子 glgBXCAP。目前还没有比较研究五种糖原代谢基因的中断如何影响细菌表型，如生长速率、生物膜形成和环境存活等。本研究系统地比较研究了五种大肠杆菌单基因。基因突变体 (ΔglgC, ΔglgA, ΔglgB, ΔglgP, ΔglgX) 在糖原代谢方面并探索其表型变化，重点关注环境胁迫耐受性，如营养剥夺、低温、干燥和氧化等。 野生生物膜形成还比较了-型和突变株。大肠杆菌野生型在培养约 20 小时后储存的糖原含量最高，而降解基因（glgP、glgX）的破坏会导致糖原的持续积累。然而，糖原一级结构在 ΔglgP 和 ΔglgX 中发生异常变化。同时，糖原积累的增加促进了大肠杆菌突变体的生长，但减少了液体培养中葡萄糖的消耗，反之亦然。糖原代谢中断也显着且持续地增加所有突变体中生物膜的形成。对于环境胁迫耐受性，糖原过度积累的突变体具有增强的饥饿活力和降低的干燥活力，而所有突变体在低温下的存活率均降低。尽管 ΔglgA 显示出最高的抗氧化性，但机制未知，但在糖原代谢中断方面没有发现氧化应激抗性的一致结果。总之，glgBXCAP 操纵子中的单基因破坏显着影响培养过程中的细菌生长和葡萄糖消耗。细胞内糖原的积累和结构也显着改变。此外，由于操纵子中某些基因的缺失，我们观察到大肠杆菌环境活力的显着变化。进一步的研究应集中在这些表型变化背后的分子机制上。

结果

先前的研究已经表明，葡萄糖浓度在决定细菌生长和糖原积累方面很重要（Wang 等，2018）。有多种培养基可用于研究大肠杆菌中的糖原代谢和积累，其中涉及补充复杂的微量元素和不同浓度的葡萄糖（Wang 等，2018）。在本研究中，我们检查了补充有 0.2、0.4、0.8 和 1.6% 葡萄糖的 1 × M9 基本培养基对大肠杆菌 BL21(DE3) 生长的影响。结果表明，该细菌在含有 0.8% 和 1.6% 葡萄糖的 1 × M9 基本培养基中培养时具有相似的生长曲线。相反，在含有 0.2% 和 0.4% 葡萄糖的 1 × M9 基本培养基中进入稳定期后，OD600 值下降得更快（图 1A）。还值得注意的是，由于基本培养基中的营养成分有限，整体 OD600 值相对低于 LB 肉汤培养物（Wang 等，2015）。双尾不等方差Student’s t检验表明，通过成对比较，在总体增长趋势方面，所有增长曲线之间均未检测到显着差异（P > 0.05）。然而，通过比较每个时间点的 OD600 值，可以从 16 小时检测到统计显着性。特别是在 24 h 时，BL21(DE3) 在 0.2% 葡萄糖的 1 × M9 基本培养基中的 OD600 值显着低于 BL21(DE3) 在其他三种培养基中生长的 OD600 值（P < 0.01），而 OD600 值为BL21(DE3) 在含 0.4% 葡萄糖的 1 × M9 基本培养基中的 OD600 值显着低于在含 0.8% 和 1.6% 葡萄糖的 1 × M9 基本培养基中生长的 BL21(DE3) 的 OD600 值（P < 0.05）。在含有 0.8% 和 1.6% 葡萄糖的 1 × M9 基本培养基中生长的 BL21(DE3) 的 OD600 值之间没有检测到显着差异。因此，培养基中的葡萄糖浓度对大肠杆菌的生长模式有直接影响。