产四醚膜脂盐碱菌的分布及三株盐碱菌的应用研究

发布时间：2020-06-04 02:56

【摘要】：盐碱菌是一类最适生长盐度大于0.5 mol·L~( 1)同时最适生长pH高于9.0,生活在高盐高碱双重极端环境中的极端细菌。它们广泛应用于人类生活的各个领域。随着基因组测序技术的迅猛发展,我们能够以低廉的价格高效准确地获得菌株的全基因组序列,以此更加深入地了解盐碱菌的遗传学基础及其在极端环境下的嗜极机制。高效液相色谱-质谱分析bGDGTs,Illumina Miseq、ddPCR技术测定松嫩平原盐碱土样品的细菌群落结构。液相色谱-质谱结果表明含较少环戊基环的bGDGTs绝对含量高,能在土壤中长期存在大量积累。bGDGTs分布和相对丰度受6个环境变量控制,影响最大的环境因子为pH,高pH限制着bGDGTs环戊基环的数量,另一个显著因子Na~+浓度为99.83-5196.72 mg/kg时与bGDGT环化指标CBT呈负相关。之后通过ddPCR技术对土壤细菌拷贝数的检测,联合土壤理化性质分析,得到细菌16S rRNA基因拷贝数(对数值)与Na~+、TN有强烈的相关性。细菌16S rRNA基因拷贝数与bGDGTs组分一致,受到pH、Na~+支配。最后网络分析bGDGT IIa的细菌来源为Catelliglobosispora、Longispora、Truepera、unidentified(Gemmatimonadetes目)、Tepidamorphus、Rubricoccus、Planctomyces、Singulisphaera,bGDGT IIb来源于Pseudomonas。通过上述内容,寻找到bGDGTs分布特征及其与环境因子之间的对应关系,解析了细菌的群落结构特征及生态功能,探明了bGDGTs细菌生物源。应用Illumina Miseq二代测序测定两株本实验室从新疆盐碱湖中分离的细菌基因组草图。第一株Halomonas urumqiensis BZ-SZ-XJ27~T,其最适生长盐度1.42 M。测序结果得BZ-SZ-XJ27~T基因组总长约3.97 Mb,包含3588个预测基因,鉴定得到一些维持细胞内渗透平衡的基因,如甘氨酸甜菜碱合成基因簇、谷氨酰胺合成基因簇、四氢嘧啶合成基因簇等。分离到的另一株盐碱菌Bacillus urumqiensis BZ-SZ-XJ18~T,其最适生长盐度1.08 M,pH值8.5-9.5。该菌基因组大小约3.28 Mb,共3228个基因,包括甘氨酸甜菜碱合成基因簇、trk基因、钠氢泵基因等参与渗透平衡和酸碱平衡。通过二代测序揭示了盐碱菌在分子层面对极端环境的独特嗜极机理。通过pacBio三代测序平台对木聚糖降解菌Alkalitalea saponilacus SC/BZ-SP2~T进行全基因组测序。该菌基因组总长4,775,573 bps,G+C含量39.27%,包含12个与木聚糖完全降解途径相关基因和多个与渗透平衡和酸碱平衡相关基因。GC技术分析A.saponilacus发酵木聚糖主要产物为丙酸。利用二硝基水杨酸法(DNS)测定木聚糖酶活力得0.4%(w/v)蔗糖+0.1%(w/v)桦木木聚糖为最优的碳源。同时确定了提取粗酶的最佳条件并分析了其酶学特性。上述研究表明,A.saponilacus发酵主产物丙酸以及生物合成的耐盐热木聚糖酶在工业生产中具有广泛的应用前景。
【图文】：

结构示意图,偏嗜性

2图 1 1. bGDGT 结构示意图（Schouten et al., 2013）。Figure 1 1. Structural representation of bGDGT.类型及其相对含量随着环境条件的变化而改变，如同“生物分子重要信息（谢树成等，2013）。同时，由于 GDGTs 中的醚键有较所以 GDGTs 分子骨架结构在漫长的地质时期可以得到完整保存积物中都能够被发现（Kuypersetal.,2011）。因此 GDGTs 对研究地球环境演化和生物地球化学过程极为有用。相对于 DNA 而言反映某些特定微生物种群的生物量，而且作为一种基于生物化学术缺陷所造成的偏差（如 PCR 偏嗜性），能够更有效地反映微生态功能（曹鹏等，2012）。若 GDGTs 分析技术与高通量 DNA 测

盐碱,适应机制,相容性溶质,四氢嘧啶

5图 1 2. 盐碱菌中的主要适应机制（Banciu & Muntyan, 2015）。Figure 1 2. Main adaptive mechanisms in haloalkaliphilic.1.2.2.2 盐碱菌对极端环境的内盐渗透平衡及相容性溶质适应盐碱菌通过积累 K+作为主要渗透平衡物应对极端环境（Oren, 2014; Mesbah & Wiegel, 2012）该策略为“内盐”渗透适应策略，在绝大多数盐碱菌中，，这种渗透响应一般伴随着吸收和从头合成相容性溶质（例如甘氨酸甜菜碱、四氢嘧啶、谷氨酰胺、蔗糖等）（Banciu & Sorokin, 2013）。在低度到中度（即 Na+含量最高 2.5 M）耐盐菌、嗜盐菌或嗜碱甲基杆菌（Methylomicrobiumalcaliphilum，Methylophaga Natronica，M.Alcalica 等）（Trotsenko et al., 2007）、嗜碱和盐碱菌（Thioalkalimicrobium spp. 和 Thioalkalibacter spp.）中更倾向于选择四氢嘧啶作为相容性溶质（Banciu et al., 2008; Banciu et al., 2005）。甘氨酸甜菜碱则是极端耐盐的盐碱菌最喜欢的渗透剂，如 Halorhodospira spp.（Galinski & Tru¨per, 1982），Thioalkalivibrio spp.（Banciu et al., 2005）和Desulfonatronospira spp.等（Sorokin et al., 2008）。
【学位授予单位】：中国农业科学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q939.9

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