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微囊藻与噬藻体MaMV-DC的相互作用及微囊藻毒素降解细菌降解机理探究
王娟萍
Subtype博士
Thesis Advisor赵进东
2018
Degree Grantor中国科学院水生生物研究所
Abstract蓝藻水华在全世界范围内的湖泊、水库、池塘等淡水水体中频繁暴发,破坏生态系统,影响人类的正常的生活用水,甚至引发水危机。微囊藻是蓝藻水华中普遍存在的种类,其在自然水体中形成群体,进一步增强了抵抗外界环境的能力。此外,一些微囊藻藻株产生微囊藻毒素,危害动植物和人类健康。因此迫切需要采取有效的措施治理蓝藻水华,处理水体中的微囊藻毒素。生物治理作为一种低成本,环境友好的方式,受到了广泛关注。噬藻体和细菌是生物治理蓝藻水华有效的生物制剂,研究其与微囊藻的相互作用能够帮助我们深入了解蓝藻水华暴发,从而优化生物治理蓝藻水华,去除蓝藻毒素的策略。本研究分别以噬藻体和微囊藻毒素降解细菌为研究对象,分析探讨噬藻体和微囊藻的相互作用,以及微囊藻毒素降解机理探究。主要的研究内容和结果如下:(1) 噬藻体MaMV-DC是从滇池分离的肌尾噬藻体。用噬藻体MaMV-DC侵染不同藻株、不同产毒性质和采集自不同湖泊的八株微囊藻,结合传统生理生化手段和分子实验技术验证了噬藻体的感染性质。结果表明,MaMV-DC侵染其中的四株藻,分别是铜绿微囊藻FACHB524和HAB627,水华微囊藻T34以及惠氏微囊藻D42617。噬藻体感染与微囊藻种、产毒性质和湖泊来源没有明显的相关性。(2)分析了八株微囊藻的遗传防御系统:成簇的规律间隔的短回文重复序列(CRISPR)-CRISPR相关蛋白(CRISPR-Cas)系统和限制性修饰(RM)系统。所研究的八株微囊藻中存在I型和Ⅲ型CRISPR-Cas系统。Ⅲ-B亚型CRISPR-Cas系统存在于所有微囊藻中,而I型CRISPR-Cas系统只存在于铜绿微囊藻FACHB524,水华微囊藻T34和水华微囊藻LAG1102中。在所有鉴定的微囊藻藻株中,Ⅲ型CRISPR-Cas系统中cas基因的排列普遍为:cas10, cmr3, cmr4和cmr6(FACHB524和T34的一些系统中不包含cmr6)。而I型CRISPR系统cas基因的种类和结构在不同藻株中差异很大。微囊藻限制性修饰系统的预测表明,所研究的八株微囊藻都包含大量的四种类型的RMs,其中II型RMs远高于其他类型,而且发挥甲基转移酶活性的同源蛋白略高于限制性内切酶活性蛋白。两种遗传防御系统识别序列与噬藻体MaMV-DC基因组的比对显示,通过基因组预测的CRISPR-Cas系统对MaMV-DC的防御与实验结果存在差异。(3)Novosphingobim sp. THN1(THN1)是一种能够降解微囊藻毒素MC-LR的细菌。为了研究THN1降解MC-LR的能力以及可能的调节机制,我们研究了培养基中碳浓度变化对降解速率的影响。研究结果显示,在微囊藻毒素降解的1h,随着培养基中碳浓度的降低,MC-LR的降解率增加,同时,功能基因mlrA基因表达上调。另外,我们发现,不同碳浓度引起mlrA的差异表达与MC-LR的降解率成正相关关系(r2> 0.95)。(4)应用基因组学和转录组学结合的手段探索了THN1降解MCs的机制。 THN1基因组的三代PacBio测序以及拼接产生了两个环状的contig。对新鞘氨醇杆菌属能够降解外源化合物的种类进行了比较基因组分析,环境影响基因组的组成。同源蛋白家族的分析发现,在所有基因组中存在大量的非核心基因,基因组中也存在大量的插入片段(IS)和基因岛(GI),表明这个属的基因组有很高的可塑性。直系同源基因簇(COG)的分析和比较表明,COG注释聚类与细菌降解的化合物相关。KEGG代谢通路的分析也表明,所有具有降解作用的新鞘氨醇杆菌共有碳代谢,氮代谢,能量代谢和细胞活动代谢,但在降解通路中存在群体特异性差异。因此我们推测,环境的异质性影响基因组组成,而其代谢功能的多样性来源于外界环境所暴露的化合物。mlr基因簇的比较分析表明,THN1的mlr基因簇与其他属的物种的mlr基因簇呈现很高的相似性,但是新鞘氨醇杆菌属的其他种类不含mlr基因簇,表明THN1的mlr可能来源于水平基因转移(HGT)。THN1转录组的差异表达显示,降低碳浓度引起更多的基因差异表达,微囊藻毒素降解过程中,大量与碳氮合成相关的基因下调表达,降解代谢通路相关基因上调表达。表明了MCs可能为细菌提供氮和碳的部分来源,从而引起碳氮代谢相关代谢通路下调。MCs降解过程中,mlr基因簇所有基因都显著上调表达。
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://ir.ihb.ac.cn/handle/342005/39003
Collection学位论文
Recommended Citation
GB/T 7714
王娟萍. 微囊藻与噬藻体MaMV-DC的相互作用及微囊藻毒素降解细菌降解机理探究[D]. 中国科学院水生生物研究所,2018.
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