二氧化碳(CO_2)是导致全球变暖的温室气体之一,而Wood-Ljungdahl途径(WLP)是地球上最古老的CO_2生物固定途径,在全球生物合成乙酸中发挥着重要作用。甲酸脱氢酶催化CO_2转化为甲酸是WLP甲基支路的第一步,近期发现甲酸脱氢酶缺失型WLP广泛存在于胃肠道来源的同型产乙酸菌,然而该类型WLP在富含甲酸环境中的代谢机制和生态作用尚不清楚。本文以甲酸脱氢酶缺失型同型产乙酸菌Clostridium bovifaecis为模式菌,研究了Clostridium bovifaecis异养条件下甲酸Berzosertib纯度共固碳的碳代谢和能量代谢途径,分析了发酵细菌共培养或硝酸盐对Clostridium bovifaecis异养条件下甲酸共固碳的影响。探究了Clostridium bovifaecis甲酸代谢过程中固碳途径。本文的主要研究结果如下:(1)基于转录组学方法研究了C.bovifaecis异养条件下固定CO_2的代谢途径。与11.5mmol/L葡萄糖相比,46 mmol/L葡萄糖的糖代谢(丙酮酸甲酸裂解酶、乙醇脱氢酶、乙醛:铁氧还蛋白氧化还原酶等)、电子传递([Fe Fe]氢化酶、Rapamycin生产商NADH脱氢酶和NADH:醌氧化还原酶等)和甲基受体趋化蛋白(MCP)编码基因显著上调(1-6.43倍),表明C.bovifaecis糖酵解对高浓度葡萄糖的响应以及发酵产物乙醇向乙酸变化的途径。维生素B12合成和几乎所有组氨酸生物合成的编码基因表达量都显著上调(3.35-6.39倍),说明C.bovifaecis在高浓度葡萄糖条件下需要合成更多的维生素B12和组氨酸。甲酸+CO_2存在条件下,糖酵解途径基因和NADH:醌氧化还原酶显著上调,WLP甲基支路部分酶和CO脱氢酶/乙酰辅酶A合成酶的编码基因也上调,丙酮酸甲酸裂解酶编码基因则显著下降。(2)10和30 mmol/L硝酸盐存在时,C.bovifaecis以葡萄糖为基质时固碳的主要产物乙醇浓度分别为5.80 mmol/L和1.66 mRecidiva bioquímicamol/L,两者都明显低于不含硝酸盐的对照组(乙醇浓度为7.13 mmol/L),葡萄糖的消耗量也明显减少。甲酸消耗量随着硝酸盐浓度的升高而降低,硝酸盐浓度为30 mmol/L时甲酸无明显消耗。30 mmol/L的硝酸盐抑制了C.bovifaecis甲酸脱氢酶缺失型WLP的固碳作用,10 mmol/L硝酸盐降低了C.bovifaecis葡萄糖的糖酵解作用。(3)发酵细菌Clostridium butyricum与C.bovifaecis共培养时,异养条件下C.bovifaecis增长1个数量级,CO_2存在时则无增长,C.butyricum的细菌浓度增长了3个数量级,且C.butyricum的葡萄糖消耗和乙酸乙醇生成也明显多于C.bovifaecis,表明共培养体系中C.butyricum生长优于C.bovifaecis。对于C.butyricum,异养条件下的共培养体系中细菌浓度增长量高于纯培养体系1个数量级,CO_2存在时则一致。对于C.bovifaecis,共培养体系中细菌浓度的增长均比纯培养体系少1个数量级,葡萄糖消耗和乙酸乙醇生成均下降。结果说明两者之间存在偏害作用,利于C.butyricum,抑制C.bovifaecis,但葡萄糖+甲酸+CO_2营养条件下会削弱C.butyricum的优势。(4)C.bovifaecis利用11.5-69 mmol/L甲酸生长时甲酸消耗量/乙酸生成量摩尔比为2.4～2.6:1,符合同型产乙酸作用的化学计量比。PCR和反转录定量PCR结果显示C.bovifaecis含有厌氧核糖核苷三磷酸还原酶编码基因(nrd D和nrd G),并且在甲酸代谢过程中转录水平提高。结果表明,C.bovifaecis通过核糖核苷三磷酸还原酶催化1 mol甲酸产生1 mol CO_2,再将WLP甲基支路所需的1 mol甲酸和羰基支路所需的1 mol CO_2合成乙酰辅酶A,乙酰辅酶A进一步转化为乙酸。此时,WLP的电子来源于培养基中的还原性物质L-半胱氨酸。本文的研究结果旨在阐明甲酸脱氢酶缺失型WLP的固碳机制,对探究WLP的环境作用和生态意义具有重要价值,可为微生物合成高值有机酸和减少温室气体排放提供理论参考。