典型海洋環(huán)境中變形菌視紫質(zhì)基因的生態(tài)分布特征.pdf

1、變形菌視紫質(zhì)(Proteorhodopsin)是最近在海洋中發(fā)現(xiàn)的視紫質(zhì)家族的新成員，它是一類與視黃醛結(jié)合的膜蛋白，能利用光能產(chǎn)生膜內(nèi)外的質(zhì)子梯度并合成ATP，為細(xì)胞提供能量。變形菌視紫質(zhì)基因廣泛分布于多個(gè)海洋類群，最初在α—變形菌和γ—變形菌中發(fā)現(xiàn)較多，后來(lái)在擬桿菌、廣生古菌、β—變形菌和浮霉菌中也有報(bào)道。作為一種新的光能利用形式，這一基因在海洋中具有重要的生態(tài)意義，然而人們對(duì)于這一功能基因在不同海域的生態(tài)分布特征還缺乏足夠的了解。

2、 本論文參考了馬尾藻海環(huán)境基因組文庫(kù)中的變形菌視紫質(zhì)序列設(shè)計(jì)了一對(duì)簡(jiǎn)并性的引物，對(duì)這一基因家族在全球多個(gè)海域—包括太平洋、大西洋、印度洋、白令海以及中國(guó)海的多樣性分布進(jìn)行了全面的考察。實(shí)驗(yàn)共得到300多條不同的視紫質(zhì)序列，系統(tǒng)發(fā)育分析推測(cè)它們主要來(lái)自變形菌綱，另有一部分來(lái)自擬桿菌和古菌類群。這些視紫質(zhì)序列具有十分豐富的遺傳多樣性。規(guī)范對(duì)應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)，影響它們?cè)谌虿煌Ｓ蚨鄻有圆町惖沫h(huán)境因子主要包括營(yíng)養(yǎng)鹽、葉綠素濃度和鹽度等。

3、 擬桿菌門是海洋中一個(gè)重要的細(xì)菌類群，在海水中的數(shù)量十分豐富，被認(rèn)為是海洋中有機(jī)物質(zhì)礦化的一個(gè)主要貢獻(xiàn)者。目前視紫質(zhì)基因已在5株可培養(yǎng)的擬桿菌中得到證實(shí)，并且它們?cè)谶z傳上與其它類群的視紫質(zhì)基因有較為明顯的差異?；谶@5條擬桿菌類群的視紫質(zhì)序列，我們?cè)O(shè)計(jì)了一對(duì)特異性的引物，對(duì)這一類群的視紫質(zhì)基因在中國(guó)東海和南海的多樣性分布做了細(xì)致的調(diào)查，并結(jié)合全球海洋環(huán)境基因組文庫(kù)對(duì)其在全球其它海域的分布做了進(jìn)一步的分析。研究發(fā)現(xiàn)，擬桿菌類群的視紫質(zhì)基

4、因在中國(guó)海具有很高的遺傳多樣性，與之相似的序列在全球很多海域都有分布。系統(tǒng)發(fā)育分析顯示，溫度可能是影響這一基因在不同海域多樣性差異的一個(gè)重要因素：來(lái)自東海和北大西洋沿岸的視紫質(zhì)基因在序列上較為相似，可能與對(duì)溫水環(huán)境的適應(yīng)有關(guān)；來(lái)自南海和熱帶大洋海區(qū)的視紫質(zhì)基因在序列上較為相似，可能與對(duì)暖水環(huán)境的適應(yīng)有關(guān)；來(lái)自南極的兩條視紫質(zhì)序列與其它序列差異均較大，可能適應(yīng)于冷水環(huán)境。除了溫度，其它環(huán)境因子如水體的營(yíng)養(yǎng)狀況和鹽度等也有可能影響視紫質(zhì)基因

5、在不同海域的多樣性。通過(guò)分級(jí)過(guò)濾，我們發(fā)現(xiàn)視紫質(zhì)基因同時(shí)存在于營(yíng)自。由生活和附著生活的擬桿菌中，并且在這兩部分中具有不同的基因型。 為了對(duì)擬桿菌類群的視紫質(zhì)基因在不同海域的數(shù)量有所了解，我們采用了實(shí)時(shí)熒光定量PCR的方法對(duì)其在中國(guó)東海和南海的豐度進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果表明，這一類群的視紫質(zhì)基因在外海具有較高的豐度，超過(guò)近岸區(qū)域的兩倍，說(shuō)明含有這一基因的細(xì)菌在營(yíng)養(yǎng)水平較低的海域可能具有更強(qiáng)的生存優(yōu)勢(shì)。此外，在南海北部的垂直剖面上，擬桿菌