【摘 要】
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作为极端环境之一的深海一直以黑暗、营养匮乏、低温和高压为显著特征。以深海嗜压微生物为主要生物类群代表的深海环境微生物是整个微生物资源的重要组成部分,纷繁复杂的基因和星罗棋布的分布使得其成为海洋生物技术的主要研究对象。深海嗜压微生物,特别是在高压条件下,与常压微生物的机制差异体现在例如细胞内脂肪酸的组成成分含量不同、呼吸链的组分表达不同、压力下蛋白质、基因表达不同、以及渗透质和运动性差异等方面。随着
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作为极端环境之一的深海一直以黑暗、营养匮乏、低温和高压为显著特征。以深海嗜压微生物为主要生物类群代表的深海环境微生物是整个微生物资源的重要组成部分,纷繁复杂的基因和星罗棋布的分布使得其成为海洋生物技术的主要研究对象。深海嗜压微生物,特别是在高压条件下,与常压微生物的机制差异体现在例如细胞内脂肪酸的组成成分含量不同、呼吸链的组分表达不同、压力下蛋白质、基因表达不同、以及渗透质和运动性差异等方面。随着研究的不断深入,现代科技手段通过模拟与极端微生物自然生长相应的极端环境条件,改良培养方法,从而培养、获得极端微生物及其理化特征、相关的基因及蛋白质产物等信息,使得科学家能够在研究深海极端环境下深海嗜压菌及其耐压机制方面有进一步的研究空间和研究模式。本研究从新不列颠海沟沉积物样品、马里亚纳海沟深层海水、沉积物样品中,通过针对嗜压菌的新型分离方法,即原位培养技术、灭绝稀释培养法、低熔点琼脂培养,分离获得四株潜在新型嗜压菌。分离自马里亚纳海沟海水样品的三株菌株为Shewanella hanedai MTB7、Moritella viscosa MTB9和Colwellia asteriadis D45-20D6M7以及分离自新不列颠海沟沉积物样品的菌株Salinimonas sediminis N102T。通过高压生长实验,确认MTB7、MTB9和D45-20D6M7为耐压菌,N102T是一株最适生长压力为10 MPa的新型嗜压菌。本文采用的鉴定研究方法技术基于多相分类学,确立了嗜压菌N102T的分类学地位。本研究获得一株革兰氏染色阴性、杆状的好氧嗜压菌N102T,其生长的最适温度为28°C,最适生长p H为7.0-7.5,最适生长盐度为3–4%(w/v)。脂肪酸主要成分为summed feature 3(C16:1ω7c/C16:1ω6c),C16:0和summed feature 8(C18:1ω7c/C18:1ω6c),呼吸醌为Q8,极性脂主要成分为磷脂酰乙醇胺(PE)、磷脂酰甘油(PG)、一种未鉴定成分的磷脂(PL)和三种不明脂质。基于16S r RNA基因序列的比对结果表明,菌株N102T与模式参考菌株Alteromonas addita R10SW13T(97.2%)、Alteromonas stellipolaris LMG21861T(97.1%)、Alteromonas gracilis 9a2T(97.1%)、Salinimonas lutimaris DPSR-4T(96.1%)和Salinimonas chungwhensis BH030046T(95.4%)相似性较高。通过gyr B基因序列的比较分析表明,菌株N102T与S.lutimaris KCTC23464T的gyr B基因序列具有最高相似性,为77.3%。基于全基因组蛋白序列的进化树表明菌株N102T与模式菌株S.chungwhensis DSM 16280T形成一个进化分支,并与Alteromonas属近缘。以上三种系统发育树均显示,N102T菌株与Salinimonas属的模式菌株形成一个支系,并与Alteromonas属的菌株相邻。这些结果表明,菌株N102T代表了Salinimonas属的一个新种,命名为Salinimonas sediminis sp.nov.,模式菌株为N102T=MCCC 1K03497T=KCTC 62440T。本研究为探究菌株N102T潜在的嗜压机制,通过测序对其全基因组进行深入分析,着重聚焦于细胞膜成分组成、促成能量、r RNA启动转录子等潜在与微生物适应高压环境密切相关的基因。菌株N102T的基因组已提交至Gen Bank(基因编码:CP031769)和JGI基因组分析网站(GOLD ID:Gp0360207;IMG Taxon ID:2832892563)。研究结果得出,菌株N102T基因组全长4,440,293 bp,其G+C含量为48.21 mol%。基因组包含3851个蛋白编码基因,其中3090个基因(占比78.21%)可注释到24个不同的同源簇(COGs),1030个基因(26.1%)可注释到KEGG代谢途径。通过基因组对比分析发现,菌株N102T基因组中含有高比例的不饱和脂肪酸合成、呼吸链、转运蛋白等高压适应相关基因,初步阐明了菌株N102T相关高静水压环境的适应机制。
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