红树林沉积物中苯并(a)芘降解菌群及功能基因研究

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本研究以分布于中国南部沿海地区的北海、海南、湛江和福建云霄四个典型红树林湿地中的表层沉积物菌群为研究对象,以苯并(a)芘为唯一碳源和能源对微生物菌群进行胁迫培养,利用16S rRNA基因高通量测序和宏基因组学等手段,对原位环境中沉积物菌群基因组和经过苯并(a)芘驯化后的菌群基因组进行高通量测序,以明确红树林表层沉积物菌群中苯并(a)芘降解核心菌群组成以及揭示沉积物菌群降解苯并(a)芘的协同代谢机制,以期能够为红树林湿地中多环芳烃污染的原位修复提供理论依据。获得的主要研究结果如下:(1)通过利用16S rRNA基因高通量测序技术对菌群结构进行分析后发现,沉积物中微生物菌群在苯并(a)芘驯化后群落结构发生显著变化。在门水平上,北海、海南和湛江站点的驯化菌群基本是由变形菌门组成,云霄站点驯化菌群则是由放线菌门和变形菌门共同组成;在纲水平上,北海、海南和湛江站点驯化菌群基本由α-变形菌纲和γ-变形菌纲组成,云霄站点菌群中绝大部分为放线菌纲和γ-变形菌纲;在科水平上,北海站点降解菌群主要由根瘤菌科、鞘脂单胞菌科和Methylophagaceae科组成,海南站点降解菌群主要由拜叶林克氏菌科、红杆菌科、根瘤菌科、生丝微菌科和罗丹诺杆菌科组成,云霄站点降解菌群主要由微球菌科和罗丹诺杆菌科组成,湛江站点降解菌群主要由Methylophagaceae科、根瘤菌科和罗丹诺杆菌科组成。(2)对北海站点驯化菌群中的细菌菌株进行分离培养,获得7株新菌,有6株细菌属于Acidimangrovimonas属,有1株细菌属于Solirhodobacter属。说明红树林沉积物中存在尚未发现的微生物资源,有待进一步发掘和利用。(3)通过利用宏基因组学技术对驯化前后菌群的总DNA进行分析后发现,沉积物菌群在经过苯并(a)芘驯化后,与转录,细胞运动性,脂质转运和代谢,次级代谢物生物合成、转运和分解代谢,细胞内运输、分泌和囊泡运输等过程相关的功能基因数量明显增多;驯化后菌群降解苯并(a)芘的途径推测可能为苯乙酸降解、邻苯二甲酸降解和邻苯二酚裂环等。(4)驯化菌群中潜在的降解菌株利用萘1,2-双加氧酶将苯并(a)芘的9号和10号碳位羟基化,以此来起始对苯并(a)芘的降解,下游降解过程可能是通过苯甲酸降解途径进行。
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