發(fā)布時(shí)間：2017-12-25 21:39

  本文關(guān)鍵詞：東北稻田水體藍(lán)藻病毒基因多樣性與水體病毒宏基因組學(xué)研究　出處：《中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：病毒生物結(jié)構(gòu)簡單,數(shù)量巨大,分布范圍極廣,在自然界起著重要的生態(tài)學(xué)作用。對環(huán)境病毒部分家族的遺傳基因研究結(jié)果充分地表明,環(huán)境中存在許多未知的病毒集群,病毒遺傳基因分布具有鮮明的地理特征。國際上針對水環(huán)境病毒生態(tài)學(xué)的研究主要集中在海洋和湖泊生態(tài)系統(tǒng)中,而對兼具水生和陸生特點(diǎn)的稻田生態(tài)系統(tǒng)研究很少。本研究以不同土壤類型的東北稻田為研究對象,一方面采用非培養(yǎng)的PCR擴(kuò)增-克隆-Sanger測序技術(shù),基于3種生物標(biāo)記基因(psbA、DNA pol和phoH基因)研究了東北稻田水體藍(lán)藻病毒的基因多樣性及其群落分布特征,另一方面采用宏基因組學(xué)技術(shù)(高通量測序技術(shù)),避開了病毒沒有統(tǒng)一遺傳靶標(biāo)分子生物標(biāo)記的限制,研究了東北稻田水體病毒的宏基因組結(jié)構(gòu)組成。研究結(jié)果如下:1.從2個(gè)東北稻田水體樣品中獲得了152條藍(lán)藻病毒psbA基因序列。結(jié)果發(fā)現(xiàn),盡管大多數(shù)中國東北稻田藍(lán)藻病毒psbA基因序列與已報(bào)道的日本稻田藍(lán)藻病毒psbA基因序列具有相對較高的相似性,但系統(tǒng)發(fā)育分析發(fā)現(xiàn)日本稻田和中國稻田分別存在2個(gè)和7個(gè)各自特有的藍(lán)藻病毒psbA基因集群,表明中日兩國稻田生態(tài)系統(tǒng)中藍(lán)藻病毒psbA基因集群在一定程度上存在差異。此外,對來自不同生態(tài)環(huán)境的藍(lán)藻病毒psbA基因進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育樹分析發(fā)現(xiàn),絕大多數(shù)來自中日兩國稻田的藍(lán)藻病毒psbA基因序列集中分布在Subclusterα-2,表明稻田生態(tài)系統(tǒng)中藍(lán)藻病毒psbA基因集群的系統(tǒng)發(fā)育分布范圍狹窄,并且與來自海洋和湖泊環(huán)境的藍(lán)藻病毒psbA基因集群親緣關(guān)系較遠(yuǎn)。2.從4個(gè)東北稻田水體樣品中獲得了532條細(xì)菌病毒DNA pol基因序列。根據(jù)系統(tǒng)發(fā)育樹的結(jié)構(gòu)組成和每條細(xì)菌病毒DNA pol基因序列與NCBI數(shù)據(jù)庫的比對結(jié)果,判斷其中的438條屬于短尾藍(lán)藻病毒DNA pol基因序列。這些基因序列獨(dú)自或與來自中國東湖的基因序列形成了9個(gè)獨(dú)特的短尾藍(lán)藻病毒DNA pol基因集群(Subclusterα-1~Subclusterα-8和Clusterβ),并且沒有來自開放海域和沿海河口的基因序列分布在這些集群中。此外,不同稻田樣點(diǎn)來源的短尾藍(lán)藻病毒DNA pol基因序列在不同短尾藍(lán)藻病毒Clusters和Subclusters中的分布比例不同,表明稻田生態(tài)系統(tǒng)中短尾藍(lán)藻病毒的群落結(jié)構(gòu)組成存在空間分布差異。比較來自不同環(huán)境的短尾藍(lán)藻病毒dnapol基因克隆文庫發(fā)現(xiàn),稻田環(huán)境的短尾藍(lán)藻病毒豐度與開放海域的短尾藍(lán)藻病毒豐度相當(dāng),但比沿海河口切薩皮克灣的短尾藍(lán)藻病毒豐度低。非度量多維尺度(nmds)分析發(fā)現(xiàn)稻田環(huán)境的短尾藍(lán)藻病毒dnapol基因集群與來自淡水湖泊的短尾藍(lán)藻病毒dnapol基因集群親緣關(guān)系較近,而與那些來自海洋和沿海河口的短尾藍(lán)藻病毒dnapol基因集群親緣關(guān)系較遠(yuǎn)。3.從4個(gè)東北稻田水體樣品中獲得了424條細(xì)菌病毒phoh基因序列。其中,大多數(shù)基因序列與數(shù)據(jù)庫已知phoh基因序列的最高相似度≤70%。系統(tǒng)發(fā)育分析發(fā)現(xiàn),僅來自稻田環(huán)境的細(xì)菌病毒phoh基因序列形成了4個(gè)獨(dú)特的集群(groupα、groupβ、groupγ和groupδ)和7個(gè)新的亞群(group2b、group3d、group3e、group6a、group6b、group6c和group6d),說明稻田生態(tài)系統(tǒng)中存在新的細(xì)菌病毒phoh基因集群。此外,不同環(huán)境(稻田和海洋)來源的以及不同稻田樣點(diǎn)來源的細(xì)菌病毒phoh基因序列在不同細(xì)菌病毒groups中的分布比例不同,表明細(xì)菌病毒的群落結(jié)構(gòu)組成存在生物地理分布差異。非度量多維尺度(nmds)分析發(fā)現(xiàn)稻田水體的細(xì)菌病毒phoh基因集群與來自海洋的細(xì)菌病毒phoh基因集群親緣關(guān)系較遠(yuǎn)。根據(jù)系統(tǒng)發(fā)育樹的結(jié)構(gòu)組成和每條細(xì)菌病毒phoh基因序列與ncbi數(shù)據(jù)庫的比對結(jié)果,判斷本研究90%(379/424)的細(xì)菌病毒phoh基因序列可能來自藍(lán)藻病毒,并且分布在clusteri和group1、2、3、6、α和β。4.從建三江、牡丹江和閻家崗3個(gè)東北稻田水體樣品中分別獲得5582、13325和10320條組裝序列(contigs),分析發(fā)現(xiàn)分別約有50%、40%和20%的序列屬于病毒范疇,包括了5個(gè)ssdna病毒科和1個(gè)dsdna病毒科,其中最豐富的均為ssdna微小病毒科病毒,第二豐富的病毒均為ssdna圓環(huán)病毒科病毒;這些基因組序列分別可劃分為24、25和27種功能基因,其中噬菌體/前噬菌體功能基因中大多數(shù)為噬菌體衣殼蛋白基因和r1t-like鏈球菌噬菌體蛋白基因。此外,比較分析3個(gè)稻田水體樣品病毒宏基因組的結(jié)構(gòu)組成發(fā)現(xiàn),其物種組成種類和功能基因種類差別不大,但不同物種和不同功能基因的豐度差異明顯。綜上所述,本研究從東北稻田水體中捕獲上千條表征藍(lán)藻病毒遺傳多樣性的不同分子標(biāo)記基因序列,建立了7個(gè)新的稻田藍(lán)藻病毒psba基因集群,發(fā)現(xiàn)稻田環(huán)境中藍(lán)藻病毒psbA基因在系統(tǒng)發(fā)育樹中的分布范圍狹窄;建立了9個(gè)新的稻田藍(lán)藻病毒DNA pol基因集群和4個(gè)新的細(xì)菌病毒/藍(lán)藻病毒phoH基因集群,發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)分子標(biāo)記基因在稻田環(huán)境中的分布存在明顯地域差異;綜合分析顯示稻田環(huán)境中這三種藍(lán)藻病毒基因的分布均與湖泊環(huán)境親緣關(guān)系近,而與海洋環(huán)境親緣關(guān)系遠(yuǎn)。此外,病毒宏基因組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)稻田環(huán)境病毒多樣性非常豐富,其宏基因組物種組成種類和功能基因種類差別不大,但不同物種和不同功能基因的豐度差異明顯。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：Q933
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本文編號：1334554