甘露糖-6-磷酸异构酶具有将甘露糖-6-磷酸转化为果糖-6-磷酸的能力，是糖酵解途径的中间体，甘露糖-6-磷酸异构酶在糖代谢中发挥着重要作用。然而甘露糖-6-磷酸异构酶在大肠杆菌不同碳源代谢过程中发挥的功能目前未见报道。
本研究采用二型内含子逆转录突变方法构建manA基因突变大肠杆菌，分析manA基因突变菌株对碳源的利用情况以及对大肠杆菌糖代谢途径关键基因表达的影响，以探讨甘露糖-6-磷酸异构酶对大肠杆菌糖代谢的影响。
不同碳源培养基中大肠杆菌生长曲线测定
将大肠杆菌BL21（DE3）和BL21（DE3）ΔmanA以108CFU/mL的初始接菌量接种于含1%不同碳源（甘露糖、果糖、葡萄糖、淀粉）的LB液体培养基中，在微生物比浊法测定仪上37℃，180 r/min振荡培养12 h。每间隔2 h检测菌液OD600值，绘制生长曲线。
BL21（DE3）ΔmanA在甘露糖培养基中的生长曲线
大肠杆菌BL21（DE3）ΔmanA和BL21（DE3）在含甘露糖LB液体培养基中的生长曲线如图1所示。在0～2 h内，BL21（DE3）和BL21（DE3）ΔmanA的生长曲线相似，细胞生长无显著性差异性（P＜0.05）。与BL21（DE3）菌株相比，BL21（DE3）ΔmanA菌株在4～12 h时细胞生长能力下降，生长趋势明显低于BL21（DE3）（P＜0.05）。当进入稳定期，BL21（DE3）ΔmanA菌株的光密度显著低于BL21（DE3）菌株（P＜0.05），表明manA基因的突变显著影响大肠杆菌对甘露糖的利用，导致突变菌株的生长能力下降。
BL21（DE3）ΔmanA在果糖培养基的中生长曲线
如图2所示，0～4 h内，BL21（DE3）和BL21（DE3）ΔmanA菌株的生长无显著性差异（P＜0.05）；6～12 h，BL21（DE3）ΔmanA菌株的细胞生长能力显著性低于BL21（DE3）（P＜0.05），对果糖的利用率低。
BL21（DE3）ΔmanA菌株在葡萄糖培养基中的生长曲线
如图3所示，当BL21（DE3）ΔmanA菌株在含葡萄糖的LB液体培养基中生长时，BL21（DE3）ΔmanA菌株在对数期和稳定期对葡萄糖的利用与对照菌株BL21（DE3）无显著性差异（P＜0.05），表明编码甘露糖-6-磷酸异构酶基因的突变不影响大肠杆菌对葡萄糖的利用。
BL21（DE3）ΔmanA菌株在淀粉培养基中的生长曲线
在以淀粉为碳源的LB液体培养基中生长时，0～2 h，BL21（DE3）ΔmanA菌株和BL21（DE3）对淀粉的利用没有显著性变化（P＜0.05）。在4～12 h，BL21（DE3）ΔmanA菌株快速利用淀粉并加速细胞的生长，使得BL21（DE3）ΔmanA菌株对淀粉的利用显著高于BL21（DE3）（P＜0.05），说明manA基因突变导致大肠杆菌对淀粉的利用率提高。
图1 BL21（DE3）ΔmanA菌株与BL21（DE3）在甘露糖-LB中的生长曲线
图2 BL21（DE3）ΔmanA菌株与BL21（DE3）在果糖-LB中的生长曲线
图3 BL21（DE3）ΔmanA菌株与BL21（DE3）在葡萄糖-LB中的生长曲线
图4 BL21（DE3）ΔmanA菌株与BL21（DE3）在淀粉-LB中的生长曲线
结论
采用II型内含子逆转录突变方法成功构建manA基因突变菌BL21（DE3）ΔmanA。通过研究BL21（DE3）ΔmanA菌株和野生型大肠杆菌的糖代谢吸收及糖代谢相关基因的表达，发现当以甘露糖和果糖为碳源时，菌株生长受到显著抑制；而以淀粉为碳源时，BL21（DE3）ΔmanA菌株的生长明显优于野生型大肠杆菌；当以葡萄糖为碳源时，manA基因突变对大肠杆菌生长无显著影响。进一步研究糖代谢基因表达，发现BL21（DE3）ΔmanA菌株中甘露糖代谢相关基因（manX，manY，manZ）的表达显著性降低；果糖代谢途径中6-磷酸果糖激酶I亚基的编码基因（pfkA）的表达显著降低；水解淀粉的α-淀粉酶的编码基因（malS）的表达显著性增高。结果表明manA基因突变影响大肠杆菌甘露糖、果糖和淀粉代谢途径中相关基因的表达，从而影响大肠杆菌对碳源（甘露糖、果糖、淀粉）的利用。