本文關(guān)鍵詞：美國(guó)大盆地四熱泉可培養(yǎng)高溫細(xì)菌多樣性及生態(tài)學(xué)研究

  更多相關(guān)文章： 熱泉 高溫微生物 棲熱菌 綠彎菌TK17類(lèi)群 多樣性 生態(tài)功能 生態(tài)分布 大盆地

【摘要】：陸地?zé)崛鳛闃O端環(huán)境的典型代表,具有高溫這一有別于其它生境的明顯特征,蘊(yùn)藏著豐富而獨(dú)特的高溫微生物資源。本研究在實(shí)驗(yàn)室前期對(duì)美國(guó)西部大盆地?zé)崛到y(tǒng)微生物分子多樣性的認(rèn)識(shí)和對(duì)高溫微生物培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過(guò)傳統(tǒng)的純培養(yǎng)技術(shù)首次對(duì)大盆地?zé)崛到y(tǒng)中可培養(yǎng)高溫細(xì)菌多樣性進(jìn)行了系統(tǒng)研究,同時(shí)結(jié)合代表性菌株的生理功能特征,對(duì)培養(yǎng)獲得的主要類(lèi)群棲熱菌屬菌株在熱泉環(huán)境中的潛在生態(tài)功能進(jìn)行了探索,另外獲得綠彎菌門(mén)潛在新綱TK17類(lèi)群的第一個(gè)純培養(yǎng)物,并對(duì)該類(lèi)群的生態(tài)分布進(jìn)行了研究。本研究首先利用純培養(yǎng)技術(shù)手段對(duì)大盆地地?zé)釁^(qū)4個(gè)代表性熱泉中可培養(yǎng)高溫細(xì)菌多樣性進(jìn)行了系統(tǒng)研究。通過(guò)5種培養(yǎng)基6種不同的培養(yǎng)溫度,從大盆地四個(gè)熱泉19份不同樣品中共計(jì)培養(yǎng)獲得486株高溫微生物菌株,依據(jù)菌株形態(tài)特征及分離樣點(diǎn)的不同,挑選并完成了其中364株高溫菌株的16S rRNA基因的測(cè)序工作,對(duì)其進(jìn)行初步鑒定。依據(jù)測(cè)序菌株16S rRNA基因BLAST相似性比對(duì)結(jié)果和系統(tǒng)發(fā)育分析推測(cè),測(cè)序菌株分布于細(xì)菌域下5個(gè)門(mén)、10個(gè)綱、20個(gè)科的31個(gè)不同的屬中,包括：棲熱菌屬,熱單胞菌屬,熱桿菌屬,紅棲熱菌,綠彎菌屬,泉單胞菌屬,Eliora氏菌屬,熱海桿菌屬,亞棲熱菌屬,甲基利用菌屬,高溫放線(xiàn)菌屬,類(lèi)芽孢桿菌屬,井桿菌屬,池桿菌屬,產(chǎn)卟啉桿菌屬,紅桿菌屬,玫瑰單胞菌屬,微紅色菌屬,Schleifer氏菌屬,中溫?zé)o形菌屬,中溫菌屬,中溫單胞菌屬,地芽胞桿菌屬,厭氧芽胞桿菌屬,水單胞菌屬,沙單胞菌屬,芽胞桿菌屬,以及4個(gè)潛在的新屬。其中棲熱菌屬的菌株數(shù)目最多,占測(cè)序總菌株數(shù)的52.47%。有36.8%的測(cè)序菌株與已描述的典型菌株的16S rRNA基因相似性小于98%,可能為潛在的新分類(lèi)單元,包括1個(gè)潛在的新綱,4個(gè)潛在的新屬,19個(gè)潛在的新種。接著對(duì)培養(yǎng)獲得的優(yōu)勢(shì)類(lèi)群棲熱菌屬菌株的多樣性做了進(jìn)一步分析,結(jié)果顯示大盆地?zé)崛信囵B(yǎng)獲得并測(cè)序的191株棲熱菌可劃分為65個(gè)基因型,Great Boiling Spring (GBS)和Little Hot Creek (LHC)兩地區(qū)來(lái)源的棲熱菌菌株存在一定的地理隔離現(xiàn)象,同時(shí)GBS中棲熱菌基因型多樣性要高于LHC,我們推測(cè)主要是由兩地?zé)崛w滯留時(shí)間的差異導(dǎo)致的。依據(jù)菌株的系統(tǒng)發(fā)育位置以及分離地點(diǎn)的不同,選擇22株代表性棲熱菌菌株,檢測(cè)其硝酸鹽還原功能,三價(jià)鐵還原功能,砷氧化功能以及硫的氧化和還原功能,以此來(lái)探討該類(lèi)群在大盆地?zé)崛鷳B(tài)系統(tǒng)中潛在的生態(tài)功能。結(jié)果表明這些棲熱菌菌株具有非常多樣化的生理代謝特征,由此我們推測(cè)棲熱菌類(lèi)群參與了大盆地?zé)崛h(huán)境中氮、鐵、硫、砷等元素的代謝,對(duì)這些元素的循環(huán)轉(zhuǎn)化起著重要作用。通過(guò)多相分類(lèi)實(shí)驗(yàn)技術(shù),確定了分離自L(fǎng)HC熱泉的棲熱菌屬兩個(gè)新菌株L198T和L423-2的分類(lèi)地位,提出這兩個(gè)菌株是棲熱菌屬的一個(gè)新菌種,并命名為T(mén)hermus sediminis sp. nov.典型菌株為L(zhǎng)198T。通過(guò)全基因組測(cè)序得到典型菌株L198T的基因組草圖,基因組大小為2,160,271 bp, GC含量為68.2%,共計(jì)4個(gè)contigs,4個(gè)scaffoldings,預(yù)測(cè)含有2251個(gè)蛋白編碼基因,57個(gè)RNA基因,編碼區(qū)占全基因組的94.1%。預(yù)計(jì)有1868個(gè)蛋白編碼基因具有功能,占基因組總基因數(shù)目的80.9%。直系同源蛋白簇(Clusters of Orthologous Groups of Proteins, COG)分析結(jié)果顯示有1618個(gè)蛋白編碼基因成功獲得COG功能注釋,占基因組總基因數(shù)目的70.1%。進(jìn)一步的功能分析結(jié)果顯示該菌株基因組具有完整的糖酵解,糖異生途徑,同時(shí)含有完整的三羧酸循環(huán)、磷酸戊糖途徑等代謝通路。另外還含有大量的ABC Transporter以及胞外酶類(lèi)基因,與菌株L198T營(yíng)異養(yǎng)生活的特性相吻合。另外在基因組中發(fā)現(xiàn)與硫氧化代謝相關(guān)的基因簇(soxDCAXBXAZY),與該菌株的硫代硫酸鹽氧化特性相符合。從GBS熱泉培養(yǎng)獲得綠彎菌門(mén)一個(gè)潛在新綱TK17類(lèi)群的第一個(gè)純培養(yǎng)物,對(duì)代表性菌株G233的生理特征和基因組進(jìn)行了研究,并對(duì)該類(lèi)群的生態(tài)分布進(jìn)行了探索。菌株G233最適生長(zhǎng)溫度在55-60℃,細(xì)胞呈桿狀,大小為0.2-0.4μm X2.0-3.0μm。通過(guò)全基因組測(cè)序,得到菌株G233的基因組草圖,大小為2.74 Mbp, GC含量為69.37%,共計(jì)1個(gè)scaffoldings,預(yù)測(cè)含有2656個(gè)蛋白編碼基因,51個(gè)RNA基因,編碼區(qū)占全基因組的92.05%,預(yù)計(jì)共有2172個(gè)蛋白編碼基因有功能,占基因組總基因數(shù)目的80.24%。通過(guò)分析公共數(shù)據(jù)庫(kù)中與TK17類(lèi)群相關(guān)的16S rRNA基因序列信息,發(fā)現(xiàn)該類(lèi)群在全球范圍內(nèi)具有較廣泛的生態(tài)分布,可能在海洋環(huán)境中豐度較高；系統(tǒng)發(fā)育分析表明TK17類(lèi)群至少包含4個(gè)目一級(jí)別的分類(lèi)群,其中菌株G233代表著TK17_O_mlel-48分類(lèi)群；TK17類(lèi)群在全球地?zé)嵯到y(tǒng)中均有分布,但其豐度相對(duì)較低。本研究揭示了美國(guó)西部大盆地?zé)崛到y(tǒng)中可培養(yǎng)高溫細(xì)菌的多樣性,特別是棲熱菌類(lèi)群、綠彎菌門(mén)TK17類(lèi)群的多樣性,生理功能及基因組特征,對(duì)于我們進(jìn)一步理解熱泉高溫環(huán)境微生物多樣性,棲熱菌類(lèi)群在熱泉高溫環(huán)境中的潛在生態(tài)功能以及TK17類(lèi)群的生態(tài)分布具有重要意義。
【關(guān)鍵詞】：熱泉 高溫微生物 棲熱菌 綠彎菌TK17類(lèi)群 多樣性 生態(tài)功能 生態(tài)分布 大盆地
【學(xué)位授予單位】：云南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：Q938
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 綜述9-20
• 1.1 極端環(huán)境和極端微生物9-10
• 1.2 高溫微生物及其研究意義10-12
• 1.3 棲熱菌類(lèi)群及其研究進(jìn)展12-14
• 1.4 綠彎菌門(mén)潛在新綱TK17類(lèi)群14-15
• 1.5 美國(guó)大盆地(Great Basin)地?zé)釁^(qū)15-17
• 1.6 美國(guó)大盆地(Great Basin)地?zé)釁^(qū)熱泉微生物研究進(jìn)展17-19
• 1.7 本研究的目的與意義19-20
• 第二章 美國(guó)大盆地四熱泉可培養(yǎng)高溫細(xì)菌多樣性分析20-41
• 2.1 熱泉樣點(diǎn)基本信息及樣品采集20-22
• 2.2 材料與方法22-25
• 2.2.1 分離培養(yǎng)基22-23
• 2.2.2 分離方法及培養(yǎng)條件23
• 2.2.3 菌株的純化與保藏23-24
• 2.2.4 菌株基因組DNA的提取以及16S rRNA基因的擴(kuò)增與測(cè)序24
• 2.2.5 菌株16S rRNA基因序列處理與多樣性分析24
• 2.2.6 基于菌株16S rRNA基因序列的初步鑒定與系統(tǒng)發(fā)育分析24-25
• 2.3 結(jié)果與討論25-40
• 2.3.1 分離菌株多樣性及系統(tǒng)發(fā)育分析25-34
• 2.3.2 不同樣點(diǎn)之間分離菌株多樣性比較34-36
• 2.3.3 不同培養(yǎng)溫度之間分離菌株多樣性比較36-37
• 2.3.4 不同分離培養(yǎng)基之間分離菌株多樣性比較37-38
• 2.3.5 潛在新分類(lèi)單元38
• 2.3.6 美國(guó)大盆地與中國(guó)騰沖熱泉可培養(yǎng)細(xì)菌多樣性比較38-40
• 2.4 本章小結(jié)40-41
• 第三章 美國(guó)大盆地?zé)崛猅hermus類(lèi)群多樣性及其潛在生態(tài)功能研究41-59
• 3.1 材料與方法41-44
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)菌株與培養(yǎng)41
• 3.1.2 Thermus菌株多樣性分析41-42
• 3.1.3 Thermus菌株反硝化功能檢測(cè)42
• 3.1.4 Thermus菌株鐵還原功能檢測(cè)42
• 3.1.5 Thermus菌株砷氧化功能檢測(cè)42-43
• 3.1.6 Thermus菌株硫氧化與還原功能檢測(cè)43-44
• 3.2 結(jié)果與討論44-57
• 3.2.1 Thermus菌株多樣性評(píng)價(jià)44-52
• 3.2.2 Thermus菌株反硝化特性52-53
• 3.2.3 Thermus菌株鐵還原特性53-55
• 3.2.4 Thermus菌株砷氧化特性55-56
• 3.2.5 Thermus菌株硫氧化與還原特性56-57
• 3.3 本章小結(jié)57-59
• 第四章 Thermus屬兩個(gè)新菌株的鑒定及全基因組分析59-80
• 4.1 材料與方法59-66
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)材料59
• 4.1.2 菌株培養(yǎng)特征及形態(tài)觀察59-60
• 4.1.3 菌株生理生化特征實(shí)驗(yàn)60-61
• 4.1.4 菌株化學(xué)分類(lèi)特征實(shí)驗(yàn)61-65
• 4.1.5 菌株分子分類(lèi)特征65-66
• 4.1.6 菌株L198~T全基因組測(cè)序與拼裝66
• 4.1.7 菌株L198~T全基因組注釋與分析66
• 4.2 結(jié)果與討論66-79
• 4.2.1 菌株系統(tǒng)發(fā)育位置66-68
• 4.2.2 菌株培養(yǎng)特征及形態(tài)68-69
• 4.2.3 菌株生理生化特征69-70
• 4.2.4 菌株化學(xué)分類(lèi)特征70-72
• 4.2.5 菌株L198~T全基因組特征與分析72-79
• 4.2.6 菌種描述79
• 4.3 本章小結(jié)79-80
• 第五章 綠彎菌門(mén)潛在新綱TK17的全基因組及生態(tài)分布研究80-91
• 5.1 材料與方法80-81
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)材料80
• 5.1.2 菌株G233培養(yǎng)特征及形態(tài)觀察80
• 5.1.3 菌株G233系統(tǒng)發(fā)育分析80
• 5.1.4 綠彎菌門(mén)TK17生態(tài)分布分析80-81
• 5.1.5 菌株G233全基因組測(cè)序、拼裝、注釋與分析81
• 5.2 結(jié)果與討論81-90
• 5.2.1 菌株G233培養(yǎng)特征及形態(tài)81
• 5.2.2 菌株G233系統(tǒng)發(fā)育位置81-84
• 5.2.3 綠彎菌門(mén)TK17生態(tài)分布84-86
• 5.2.4 菌株G233全基因組特征86-90
• 5.3 本章小結(jié)90-91
• 總結(jié)與展望91-94
• 參考文獻(xiàn)94-104
• 成果目錄104-105
• 致謝105

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 李兆龍;海底熱泉的探索[J];海洋科學(xué);1985年02期

2 徐娜;;南極深海熱泉附近的奇異生物[J];世界科學(xué);2012年02期

3 ;地下能源圖[J];國(guó)外地質(zhì)勘探技術(shù);1985年06期

4 奧云;;神奇的循環(huán)熱泉[J];大科技(科學(xué)之謎);2014年01期

5 文錦明，毛裕年，喬瑞;川甘邊陲熱泉分布特征及形成機(jī)制[J];礦產(chǎn)與地質(zhì);1994年06期

6 李華蘭;王濤;李沁元;張東華;彭謙;崔曉龍;;滇西二高溫?zé)崛松锒鄻有缘谋容^分析[J];安徽農(nóng)業(yè)科學(xué);2009年28期

7 鐘立榮;夏邦棟;;海底火山噴發(fā)與熱泉作用[J];礦物巖石地球化學(xué)通訊;1991年04期

8 徐娜;;南極深海熱泉附近的奇異動(dòng)物[J];科學(xué)之友(上旬);2012年03期

9 張鴻翔,趙千鈞,郭琳;深海熱泉生物——人類(lèi)的基因資源寶庫(kù)[J];地球科學(xué)進(jìn)展;2002年06期

10 孫盼;顧淳;任菲;戴欣;董志揚(yáng);;云南洱源牛街熱泉原核微生物多樣性分析[J];微生物學(xué)報(bào);2010年11期

中國(guó)重要會(huì)議論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 任y，

本文編號(hào)：599621