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，為細胞提供能量。變形菌視紫質(zhì)基因廣泛分布于多個海洋類群，最初在α—變形菌和γ—變形菌中發(fā)現(xiàn)較多，后來在擬桿菌、廣生古菌、β—變形菌和浮霉菌中也有報道。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)境基因組文庫中的變形菌視紫質(zhì)序列設計了一對簡并性的引物，對這一基因家族在全球多個海域—包括太平洋、大西洋、印度洋、白令海以及中國海的多樣性分布進行了全面的考察。實驗共得到300多條不同的視紫質(zhì)序列，系統(tǒng)發(fā)育分析推測它們主要來自變形菌綱，另有一部分來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)范對應分析發(fā)現(xiàn)，影響它們在全球不同海域多樣性差異的環(huán)境因子主要包括營養(yǎng)鹽、葉綠素濃度和鹽度等。

3、 擬桿菌門是海洋中一個重要的細菌類群，在海水中的數(shù)量十分豐富，被認為是海洋中有機物質(zhì)礦化的一個主要貢獻者。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，并且它們在遺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，我們設計了一對特異性的引物，對這一類群的視紫質(zhì)基因在中國東海和南海的多樣性分布做了細致的調(diào)查，并結(jié)合全球海洋環(huán)境基因組文庫對其在全球其它海域的分布做了進一步的分析。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重要因素：來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，可能與對溫水環(huán)境的適應有關；來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，可能與對暖水環(huán)境的適應有關；來自南極的兩條視紫質(zhì)序列與其它序列差異均較大，可能適應于冷水環(huán)境。除了溫度，其它環(huán)境因子如水體的營養(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。通過分級過濾，我們發(fā)現(xiàn)視紫質(zhì)基因同時存在于營自。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，我們采用了實時熒光定量PCR的方法對其在中國東海和南海的豐度進行了測定。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，超過近岸區(qū)域的兩倍，說明含有這一基因的細菌在營養(yǎng)水平較低的海域可能具有更強的生存優(yōu)勢。此外，在南海北部的垂直剖面上，擬桿菌