深海热液口微生物群落环境适应性及其基因资源研究

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中文摘要：深海热液口烟囱是通过来自地壳的熔浆与海水交互作用而形成的特殊的地质结构，该环境被认为与地球早期环境相似，在热液口烟囱的喷口中，不断有气体、金属离子喷出，且形成了热量和化学物质浓度梯度。这些热量与化学物质浓度梯度为微生物的生存提供了保证，大量的化能自养微生物通过氧化这些无机物获取能量，将该环境中的无机碳转化为有机碳，从而为该环境丰富的生物群落提供大量初级营养物质。尽管对这些化能自养型微生物的多样性研究较为深入，但是对它们的代谢特征的研究才刚刚起步。我们对胡安得富卡洋中脊硫化物样品4143-1宏基因组文库的2880个Fosmid克隆子进行454高通量测序，一共获得308,034条序列，平均长度为227bp。对这些序列进行拼接后得到15.3 MB 序列，包括31,405条拼接序列和22,968不能拼接的序列，其中21,836条序列能够与NCBI非冗余蛋白数据库在期望值为10-5下有较好的注释。所有注释序列中有70%能够分布在COG的分类项目中。首先，我们利用双向聚类的方法对包括4143-1样品和Lost City热液口烟囱样品的18个环境宏基因组数据做比较分析发现，两个热液口烟囱能够聚为一支，且参与DNA错配修复和同源重组的基因序列丰度均显著高于其他环境，表明该环境微生物具备丰富的DNA修复系统以应对该环境下有毒物质对基因组的损伤。另外，两个热液口烟囱均含有丰度较高的化学趋化性和鞭毛运动相关基因，反应出这些微生物对于烟囱壁动态变化环境的一种适应性。其次，通过对4143-1宏基因组数据分析发现，该环境微生物群落代谢方面具有以下特征：通过硫氧化物复合体依赖性途径或者腺苷-5'-磷酸硫酸酐依赖途径氧化硫化物提供电子，偶联硝酸盐还原提供能量，以卡尔文循环为主要途径进行二氧化碳固定。通过对代谢关键酶基因簇的分析发现，兼性厌氧和专性厌氧微生物均对该环境初级营养物质的产生发挥作用。最后，通过高通量测序获取的基因片段信息，设计特异引物筛选对应的Fosmid克隆子，可获取对应基因或基因簇的全长信息，我们从宏基因文库中筛选到两个分别含聚酮合成酶基因簇和聚酮聚肽杂合型基因簇的克隆子，虽然两个克隆子对三种标准菌均未表现出抑菌活性，这些模块仍表现出一些与目前已知的PKS基因簇不同的特征，为组合生物合成研究增加了新的成员。总而言之，我们的研究不仅在物质能量水平揭示了胡安得富卡洋中脊热液口烟囱壁微生物群落对该极端环境的适应性机制，也为进一步开发利用该环境的基因资源打下基础。

作者：

谢伟

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关键词：

深海热液口烟囱宏基因组 Fosmid文库焦磷酸测序

授予学位：

博士

学科专业：

生物制药工程

导师：

何光源、徐安龙

学位年度：

2010

学位授予单位：

华中科技大学

语种：

中文

中图分类号：

Q93