文 献 综 述

苯并噁唑酮是分子式：C₇H₅NO₂，熔点137至141℃，沸点:299℃at750mmHg，折射率：1.586，密度1.323g/cm³,溶于热水，是一类重要的含氮稠杂环化合物，具有杀菌、除草、杀虫、植物生长调节以及昆虫拒食等生物活性，又具有选择性好，内吸性高，结构多样等特点^[1]。因此，BOA在农药开发和新型医药制剂研究中常被用作重要的结构组成单元起着重要的作用，例如镇痛类药品氯唑沙宗、除草剂精噁唑禾草灵和噁唑酰草胺、杀虫剂伏杀硫磷等^{[2, 3]}，在染料行业上还可以作为荧光增白剂、增感染料和激光染料^[4]。

随着BOA衍生物供需量的不断增加，给生态坏境带来的恶性影响也日趋严重。化学农药的滥用是造成BOA衍生物污染的主要因素。6-氯苯并噁唑酮（CDHB）是精噁唑禾草灵、噁唑酰草胺等化学农药在环境中的光解^[5]、水解^[6]以及微生物降解^[3]的主要产物之一。2003年精噁唑禾草灵的市场销售额达到2.55亿美元，占芳氧苯氧丙酸类除草剂销售总量的31.2%，位于全球除草剂品种销量榜第七位^[7]。BOA衍生物残留对下茬作物或其他经济作物的萌发和生长存在剂量-抑制效应，甚至影响高等植物的能量代谢，造成土壤连作障碍^[8]。近期研究表明BOA可以降低幼苗长度、影响植物形态特征和胚根细胞的分裂^[9]，甚至在成熟植株代谢中对其造成氧化损伤^[10]。BOA衍生物还会对土壤生物、水生生物、哺乳动物均带来严重危害。例如，精噁唑禾草灵会抑制土壤中细菌、放线菌、真菌的生长，同时可以降低土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活力^[11]。

我国一直是一个农业大国，农药污染一直与人们的生活以及环境影响息息相关，一直是科学家关注的环境污染的热点问题。由于苯并噁唑酮类化合物具有对动植物的毒害性且很容易残留在土壤中，合理降解就显得格外重要。微生物由于其种类丰富、分布广泛、适应性强和代谢途径多样的特点显现在农药污染治理方面的优势。本文会从降解微生物资源分类收集，到微生物降解代谢途经分析、降解过程中的关键基因或基因簇的克隆，及在微生物遗传操作方法，基因工程的构建方面做详细论述，旨在为苯并噁唑酮类降解提供理论分析以及应用经验。

为消除BOA污染，项目组前期分离得到一株BOA降解菌株Pigmentiphaga sp. DL-8,并根据基因组序列鉴定了BOA降解起始基因cbaA和下游产物2-氨基-6-氯苯酚降解的完整基因簇。因此，本项目将以菌株DL-8为出发菌株，通过转录组测序解析其降解BOA的调控机制和相关基因的转录水平变化，为深入了解BOA微生物降解机制提供重要数据，为获得高效BOA降解菌株提供理论指导。

随着后基因组时代的到来，转录组学、蛋白质组学、代谢组学等各种组学技术相继出现，其中转录组学是率先发展起来以及应用最广泛的技术^[12]。遗传学中心法则表明，遗传信息在精密的调控下通过信使 RN A ( m R N A )从D N A传递到蛋白质。因此，m R N A被认为是D N A与蛋白质之间生物信息传递的一个”桥梁”，而所有表达基因的身份以及其转录水平，综合起来被称作转录组^[13]。转录组研究能够从整体水平研究基因功能以及基因结构，揭示特定生物学过程以及疾病发生过程中的分子机理。^[14]细菌转录组学是从RNA 水平研究基因表达的情况。目前细菌转录组学主要应用于基因注释校正、基因表达、操纵子鉴定、转录起始位点(TSS)鉴定、新基因鉴定、Small RNA 分析等内容。此外,通过细菌转录组比较分析,研究细菌在不同环境、宿主等情况下的基因表达变化,从而阐述宿主、环境对细菌的影响、细菌致病机制等。细菌转录组的研究策略主要包括总RNA的提取和目的RNA的富集、RNA建库及测序、Readsmapping 和后继分析等.^[15]我们研究苯并噁唑酮降解的转录分析，首先进行总 RNA 的提取和目的RNA的富集。细菌mRNA的半衰期很短,又极易降解,因此防止其降解是十分重要的。其次，选择合适的建库方法和测序平台进行测序。测序文库包括 5′末端测序文库、3′末端测序文库、完整转录本测序文库等, 5′末端测序文库和 3′末端测序文库适合 UTR 区和操纵子的研究, 而完整转录本测序文库适合进行不同样本或者不同时期转录本之间表达量的比较分析以及新基因鉴定等。最后, Reads mapping 和后继分析。首先将Reads进行 Mapping, 从而获得 Reads 在基因组上的位置, 常用的Mapping 软件有 BWA、 Bowtie、SOAP2等。其次, 根据 Reads mapping 结果, 进行后继分析。