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《中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)》 2017年
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潮间带趋磁杆菌与西沙珊瑚礁生境趋磁细菌多样性及特性研究

滕兆洁  
【摘要】:趋磁细菌(Magnetotactic bacteria,MTB)是一类能够在胞内合成由生物膜包被的磁性纳米颗粒(磁小体),并借助鞭毛沿磁力线方向运动的细菌。趋磁细菌具有形态多样性,主要有球形、杆形、弧形、螺旋形和多细胞聚集体等形式。通常,在淡水或海水环境中,趋磁球菌占据数量优势。本实验在青岛汇泉湾潮间带发现了一株海洋趋磁杆菌QR-1,该菌丰度高,优势度达90%以上。QR-1菌体较大,平均大小为6.71±1.03μm×1.54±0.20μm;两端各具一个多聚磷酸盐颗粒,呈长椭形,大小不一;磁小体链纵贯菌体,单个菌体内通常含有1~4条平行排列的磁小体链,磁小体呈棱柱形,主要成分为Fe3O4;QR-1为双毛菌,极生双鞭毛,鞭毛成束,每个鞭毛束均由7根鞭毛和多根纤毛构成。趋磁杆菌QR-1运动速度较快,平均速度为70±28μm/s;运动方式复杂多样,具有典型的轴向运动,具有独特的群体运动。当磁极方向调转时,菌体会响应磁场改变进行调头运动;当运动遭遇障碍时,菌体会通过暂停和绕过的方式逃离障碍物。本实验通过显微操作、全基因组扩增获得QR-1的16S rRNA基因序列,并通过FISH验证了序列的准确性,最终确定该菌为α-变形菌纲的新种。随着MTB调查研究范围的不断扩大,本实验还在荣成月湖和法国马赛的潮间带沉积物中发现了3种形态与QR-1相似的趋磁杆菌FM-t,FM-w和LY-1。该类MTB菌体明显分为两部分,菌体两端各具内含物颗粒,中间具多个高折光颗粒,黑色磁小体链清晰可见,沿长轴纵贯菌体,均能进行轴向趋磁运动。3种菌体积巨大,FM-t,FM-w长度超过10μm。FM-t菌体具两条平行排列的磁小体链,磁小体为棱柱形,大小为106±13 nm×90±15 nm。本实验利用显微操作结合全基因组扩增技术获得3种菌的16S rRNA基因序列,分析结果显示3种趋磁杆菌为3个新种,属于3个新属,均属于α-变形菌纲。目前,对MTB研究主要集中在水域生态系统,本论文主要针对西沙珊瑚礁生境中MTB进行调查。在众多海洋次级生态系统中,珊瑚礁生态系统中MTB鲜有报道。本实验首次对西沙珊瑚礁生境中沉积物样品进行MTB进行多样性分析,结果显示,西沙珊瑚礁生境中MTB具有极高的多样性。形态上,MTB主要以球形、杆状、弧形、螺旋状和多细胞聚集体,即MMPs等形式;磁小体形态主要包括子弹头形、棱柱形和不规则形,其中以子弹头形磁小体为主,占总磁小体数量的90%以上,部分单个菌体内具有子弹头形和不规则形两种形态的磁小体,另外,磁小体链的排列方式也具有明显的多样性;在系统发育上,本实验在珊瑚礁生态系统中共发现9个种,分属于α-变形菌纲、δ-变形菌纲和硝化螺菌门,其中包括发现了4个新种,属于2个新属。此外,本论文通过查阅磁小体矿化作用过程相关文献,选择已完成全基因组测序且磁小体链排列相对稀疏的Magnetospira sp.QH-2作为研究对象,利用生物信息学软件,研究与磁小体成链相关的MamK蛋白的结构和系统进化。研究结果显示,mamK开放阅读框大小为1086 bp,编码361个氨基酸,MamK蛋白属于NBD_sugar-kinase_HSP70_actin超家族,为非跨膜蛋白;此外,还利用生物信息学工具预测MamK蛋白二级和三级结构。系统进化分析显示MamK蛋白的系统进化和16S rRNA基因的系统进化有一定差异,推测磁小体岛的获得可能与菌种的进化是独立的两个过程;淡水与海水中的趋磁螺菌虽然形态相似,但系统进化地位有一定差异,可能是两者不同生境下适应性演化的结果。
【学位授予单位】:中国科学院大学(中国科学院海洋研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:Q93

【参考文献】
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