中国东北典型湿地沉积物中噬菌体基因多样性研究

发布时间：2020-04-14 07:44

【摘要】：病毒是地球上最丰富的生物实体,其结构简单,发挥着重要的生态学作用,而噬菌体是其中非常重要的一大类。近年来,随着分子生物学技术的发展,环境中病毒遗传多样性的研究也逐渐增多。针对环境中病毒部分家族的遗传基因的研究结果发现许多未知的环境中病毒集群,病毒遗传基因分布具有鲜明的地理特征。在国际上对环境中病毒生态学的研究大多以海洋、湖泊、稻田以及旱地黑土环境为主,而关于兼具两生态系统的自然湿地中噬菌体遗传多样性的研究报道较少。湿地是天然的物种基因库,享有“地球之肾”的佳誉。东北是我国主要的湿地集中分布区之一,具有多种类型的湿地资源。为了探究湿地生态系统中噬菌体基因多样性及群落分布特征,本文选择不同类型的东北典型湿地,采用PCR扩增、克隆、Sanger测序技术和系统发育树构建,基于3种分子生物标记基因(T4型噬菌体g23基因、DNA聚合酶pol基因和磷酸盐辅助代谢基因phoH基因)对不同类型东北典型湿地沉积物中噬菌体的基因多样性进行了分析。主要结果如下:(1)从6个东北湿地沉积物样品中获得了262条不同的T4型噬菌体g23基因序列,与已报道的序列在氨基酸水平上的相似度在59%~99%之间,这些基因序列聚为13个进化簇(Clusters I~XIII)。通过构建系统发育树并结合UniFrac分析发现,在湿地沉积物中存在g23基因序列的新类群。研究还发现,湿地生态系统中的T4型噬菌体多样性不同于旱地黑土,而与海洋、湖泊等水生生态系统和稻田生态系统中的T4型噬菌体多样性相似。此外,相比于其他生态系统中的T4型噬菌体,湿地沉积物中的T4型噬菌体的变异性更高。(2)从2个东北滨海湿地沉积物样品中获得了66条短尾蓝藻病毒DNA pol基因序列,与已报道的序列在氨基酸水平上的相似度在80%~99%之间,湿地沉积物中的DNA pol基因聚集为6个进化簇,且两个湿地样点的短尾蓝藻病毒DNA pol基因集群有差异。同时,对湿地沉积物中的短尾蓝藻病毒DNA pol基因序列与其他环境的短尾蓝藻病毒DNA pol基因序列构建系统发育树分析发现,湿地沉积物中蓝藻病毒DNA聚合酶pol基因序列单独聚集或与来自切萨皮克湾的DNApol基因序列互相重叠,发现4个新的湿地环境特有的集群(Wetland Clusters1~4)。非度量多维尺度(NMDS)分析表明滨海湿地沉积物中的短尾蓝藻病毒DNA pol基因集群处于海洋环境和陆地淡水环境的中间位置,且与来自开放性海洋和沿海水域的短尾蓝藻病毒DNA pol基因集群亲缘关系较近,而与来自稻田和淡水湖泊的短尾蓝藻病毒DNA pol基因集群亲缘关系较远。(3)从4个东北典型湿地沉积物中获得了至少58条细菌病毒phoH基因克隆序列,与已报道的其他环境中的蓝藻病毒phoH基因序列在氨基酸水平上的相似度在48%~100%之间。其中,约16.67%的phoH基因序列与数据库中已知的phoH基因序列的最高相似度≤75%,说明湿地生态系统中可能存在新的未知的细菌病毒基因资源。这些序列分布在已知的Groups 2,3,4和6中,并在Groups 2和4中聚成小的phoH基因集群,分别命名为Group 2c和Group 4c。系统发育分析发现,其中约86%的细菌病毒phoH序列被判断来源于蓝藻病毒。基于非度量多维尺度(NMDS)分析可知鸭绿江口滨海湿地中的phoH基因集群与海洋环境中的phoH基因集群亲缘关系较近,兴凯湖湖泊湿地中的phoH基因集群与稻田环境中的phoH基因集群亲缘关系较近,且滨海湿地和湖泊湿地中的phoH基因集群亲缘关系远。本研究发现湿地生态系统中细菌病毒也携带phoH基因,表明phoH可以作为有效的标记基因以研究不同环境(海洋、稻田和湿地)中噬菌体多样性。本研究标靶3种分子标记基因,从东北典型湿地沉积物中获得了表征细菌病毒遗传多样性的不同标记基因序列,发现湿地环境中T4型细菌病毒g23基因在不同类型的湿地环境中群落组成存在差异,4个新的湿地蓝藻病毒DNA pol基因集群以及2个phoH基因亚群;综合分析显示湿地环境中这三种噬菌体基因分布介于水生生态系统与陆地生态系统之间,且与海洋、湖泊等水生生态系统亲缘关系较近,而与陆地生态系统相距较远,滨海湿地中的噬菌体基因分布与内陆湖泊湿地或沼泽湿地亲缘关系较远,而与海洋生态系统亲缘关系较近,为进一步阐明噬菌体在湿地生态系统中的功能提供数据支持。
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图 1.1 技术路线Figure 1.1 Technological route1.3.3 论文创新点近年来，随着分子生物学技术不断地被微生物学家采用，微生物生态学研究进展迅速。国内外的学者报道各种生态系统中的细菌病毒分布特征，之前的研究大部分集中在海洋生态系统中，，关于自然湿地生态系统细菌病毒多样性的研究较少，病毒类群的划分还有待于完善。本研究的创新点就是对国内少有研究的自然湿地生态系统中的细菌病毒多样性进行解析，为湿地环境中噬菌体生态学的研究提供数据支撑。

单元（OTU），将获得的 OTU 统计结果在 QIIME 上Lozupone 和 Knight，2005）。从 QIIME 软件上获得主ion 3.4.3）（Team，2013）软件的 vegan（v.2.4-5）画析NA 的提取 6 个湿地样点的土壤 DNA 琼脂糖凝胶电泳图谱，其 NWH 和 XKH 两个地点的 DNA 琼脂糖凝胶电泳条 Nanodrop 2000 测得其浓度分别为 156.3 ng/μL（YLJK9.0 ng/μL（HH）、84.4 ng/μL（LHK）、98.0 ng/μL（XKH
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X52;X172

【参考文献】

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本文编号：2627060