【摘要】：鹽堿菌是一類最適生長鹽度大于0.5 mol·L~( 1)同時(shí)最適生長pH高于9.0,生活在高鹽高堿雙重極端環(huán)境中的極端細(xì)菌。它們廣泛應(yīng)用于人類生活的各個(gè)領(lǐng)域。隨著基因組測序技術(shù)的迅猛發(fā)展,我們能夠以低廉的價(jià)格高效準(zhǔn)確地獲得菌株的全基因組序列,以此更加深入地了解鹽堿菌的遺傳學(xué)基礎(chǔ)及其在極端環(huán)境下的嗜極機(jī)制。高效液相色譜-質(zhì)譜分析bGDGTs,Illumina Miseq、ddPCR技術(shù)測定松嫩平原鹽堿土樣品的細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)。液相色譜-質(zhì)譜結(jié)果表明含較少環(huán)戊基環(huán)的bGDGTs絕對含量高,能在土壤中長期存在大量積累。bGDGTs分布和相對豐度受6個(gè)環(huán)境變量控制,影響最大的環(huán)境因子為pH,高pH限制著bGDGTs環(huán)戊基環(huán)的數(shù)量,另一個(gè)顯著因子Na~+濃度為99.83-5196.72 mg/kg時(shí)與bGDGT環(huán)化指標(biāo)CBT呈負(fù)相關(guān)。之后通過ddPCR技術(shù)對土壤細(xì)菌拷貝數(shù)的檢測,聯(lián)合土壤理化性質(zhì)分析,得到細(xì)菌16S rRNA基因拷貝數(shù)(對數(shù)值)與Na~+、TN有強(qiáng)烈的相關(guān)性。細(xì)菌16S rRNA基因拷貝數(shù)與bGDGTs組分一致,受到pH、Na~+支配。最后網(wǎng)絡(luò)分析bGDGT IIa的細(xì)菌來源為Catelliglobosispora、Longispora、Truepera、unidentified(Gemmatimonadetes目)、Tepidamorphus、Rubricoccus、Planctomyces、Singulisphaera,bGDGT IIb來源于Pseudomonas。通過上述內(nèi)容,尋找到bGDGTs分布特征及其與環(huán)境因子之間的對應(yīng)關(guān)系,解析了細(xì)菌的群落結(jié)構(gòu)特征及生態(tài)功能,探明了bGDGTs細(xì)菌生物源。應(yīng)用Illumina Miseq二代測序測定兩株本實(shí)驗(yàn)室從新疆鹽堿湖中分離的細(xì)菌基因組草圖。第一株Halomonas urumqiensis BZ-SZ-XJ27~T,其最適生長鹽度1.42 M。測序結(jié)果得BZ-SZ-XJ27~T基因組總長約3.97 Mb,包含3588個(gè)預(yù)測基因,鑒定得到一些維持細(xì)胞內(nèi)滲透平衡的基因,如甘氨酸甜菜堿合成基因簇、谷氨酰胺合成基因簇、四氫嘧啶合成基因簇等。分離到的另一株鹽堿菌Bacillus urumqiensis BZ-SZ-XJ18~T,其最適生長鹽度1.08 M,pH值8.5-9.5。該菌基因組大小約3.28 Mb,共3228個(gè)基因,包括甘氨酸甜菜堿合成基因簇、trk基因、鈉氫泵基因等參與滲透平衡和酸堿平衡。通過二代測序揭示了鹽堿菌在分子層面對極端環(huán)境的獨(dú)特嗜極機(jī)理。通過pacBio三代測序平臺對木聚糖降解菌Alkalitalea saponilacus SC/BZ-SP2~T進(jìn)行全基因組測序。該菌基因組總長4,775,573 bps,G+C含量39.27%,包含12個(gè)與木聚糖完全降解途徑相關(guān)基因和多個(gè)與滲透平衡和酸堿平衡相關(guān)基因。GC技術(shù)分析A.saponilacus發(fā)酵木聚糖主要產(chǎn)物為丙酸。利用二硝基水楊酸法(DNS)測定木聚糖酶活力得0.4%(w/v)蔗糖+0.1%(w/v)樺木木聚糖為最優(yōu)的碳源。同時(shí)確定了提取粗酶的最佳條件并分析了其酶學(xué)特性。上述研究表明,A.saponilacus發(fā)酵主產(chǎn)物丙酸以及生物合成的耐鹽熱木聚糖酶在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用前景。
【圖文】：

2圖 1 1. bGDGT 結(jié)構(gòu)示意圖（Schouten et al., 2013）。Figure 1 1. Structural representation of bGDGT.類型及其相對含量隨著環(huán)境條件的變化而改變，如同“生物分子重要信息（謝樹成等，2013）。同時(shí)，由于 GDGTs 中的醚鍵有較所以 GDGTs 分子骨架結(jié)構(gòu)在漫長的地質(zhì)時(shí)期可以得到完整保存積物中都能夠被發(fā)現(xiàn)（Kuypersetal.,2011）。因此 GDGTs 對研究地球環(huán)境演化和生物地球化學(xué)過程極為有用。相對于 DNA 而言反映某些特定微生物種群的生物量，而且作為一種基于生物化學(xué)術(shù)缺陷所造成的偏差（如 PCR 偏嗜性），能夠更有效地反映微生態(tài)功能（曹鵬等，2012）。若 GDGTs 分析技術(shù)與高通量 DNA 測

5圖 1 2. 鹽堿菌中的主要適應(yīng)機(jī)制（Banciu & Muntyan, 2015）。Figure 1 2. Main adaptive mechanisms in haloalkaliphilic.1.2.2.2 鹽堿菌對極端環(huán)境的內(nèi)鹽滲透平衡及相容性溶質(zhì)適應(yīng)鹽堿菌通過積累 K+作為主要滲透平衡物應(yīng)對極端環(huán)境（Oren, 2014; Mesbah & Wiegel, 2012）該策略為“內(nèi)鹽”滲透適應(yīng)策略，在絕大多數(shù)鹽堿菌中，，這種滲透響應(yīng)一般伴隨著吸收和從頭合成相容性溶質(zhì)（例如甘氨酸甜菜堿、四氫嘧啶、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）耐鹽菌、嗜鹽菌或嗜堿甲基桿菌（Methylomicrobiumalcaliphilum，Methylophaga Natronica，M.Alcalica 等）（Trotsenko et al., 2007）、嗜堿和鹽堿菌（Thioalkalimicrobium spp. 和 Thioalkalibacter spp.）中更傾向于選擇四氫嘧啶作為相容性溶質(zhì)（Banciu et al., 2008; Banciu et al., 2005）。甘氨酸甜菜堿則是極端耐鹽的鹽堿菌最喜歡的滲透劑，如 Halorhodospira spp.（Galinski & Tru¨per, 1982），Thioalkalivibrio spp.（Banciu et al., 2005）和Desulfonatronospira spp.等（Sorokin et al., 2008）。
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：Q939.9

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本文編號：2695785