一株新型深海嗜压细菌Paroceanicella profunda D4M1~T的分离鉴定及其嗜压机制研究

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深海约占整个海洋容积的四分之三,然而对这个庞大的综合生态系统的研究仍处于初级阶段。深海环境中不同的环境因子,比如:高盐度,低温、黑暗、寡营养以及随深度递增的压力,造就了特殊的生态系统和丰富的海洋物种多样性。海洋中的平均静水压为38 MPa,高压对深海微生物的生理、代谢和进化都会产生重大的影响。面对这种极端的生存环境,深海微生物需要进化出特殊的适应策略,然而这种适应机制在很大程度上仍是未知的。随着测序技术和组学方法的发展,科学家可以快速获取相关组学数据,用以探索研究微生物进化、生物化学、生理学和多样性。本研究从马里亚纳海沟深层海水样品(10890米)中分离获得一株新型嗜压细菌D4M1T,其最适生长压力为10 MPa。本文利用多相分类学和生物化学的方法和技术研究了嗜压菌D4M1T的形态、理化特性和细胞化学组分等方面的特征,确立了该菌的分类学地位。研究结果显示,该菌为革兰氏阴性好氧细菌,细胞呈短杆状,其生长的最适温度为37°C,最适生长p H为6.5,最适生长盐度为3.0%(w/v)。脂肪酸主要成分为C18:1ω7c/C18:1ω6c和C16:0,呼吸醌为Q10,极性脂主要成分为磷脂酰乙醇胺、磷脂酰甘油和一种未鉴定的氨基磷脂。比对16S r RNA基因序列的结果显示,菌株D4M1T与参考菌株Oceanicella actignis PRQ-67T和Oceanibium sediminis O448T相似性最高,为94.2%。通过16S r RNA基因及基因组系统进化分析发现,菌株D4M1T在红杆菌科(Rhodobacteraceae)中进化为一个与Oceanicella属平行的独立分支。基于以上分类学鉴定数据,菌株D4M1T代表红杆菌科的一个新属和新种,命名为Paroceanicella profunda,模式菌株为D4M1T=MCCC 1K03820T=KCTC 72285T。本研究进一步对菌株D4M1T的基因组进行了测序,重点分析了基因组中可能参与高压适应过程中维持细胞膜流动性和生理功能性、促进能量产生、启动子转录等相关基因,并结合其嗜压特性初步分析其可能的嗜压机制。菌株D4M1T的全基因组中包含1个环状染色质体和6个质粒,共5,468,583 bp,其G+C含量为70.2mol%。基因组经过注释共获得4855个蛋白编码基因和78个r RNA基因。4855个蛋白编码基因中,有4057个基因(82.1%)可以归类到24个不同的蛋白直系同源簇(COGs)。基因组分析发现,菌株D4M1T至少含有156个高压适应相关基因,其中包括不饱和脂肪酸合成、伴侣蛋白、呼吸链、压力调节因子、转运蛋白、热激蛋白和冷激蛋白等高压适应相关基因。通过基因组分析,初步揭示了嗜压菌D4M1T适应高静水压的分子机制。
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