太湖藍藻藻塊宏基因組及微生物在其聚集過程中作用機制研究.pdf

1、太湖位于長江流域，是中國第三大淡水湖泊。隨著工業(yè)化的發(fā)展和氣候的變化，近年來太湖水體富營養(yǎng)化日趨嚴重，導(dǎo)致藍藻聚集成藻塊群體并形成水華，危害到水體系統(tǒng)的再生功能和環(huán)境生態(tài)。因此，為了有效的預(yù)防和控制藍藻水華形成，需要對藍藻及其群體形成的機制進行研究。在本研究中，借助高通量測序技術(shù)，全面解讀了太湖中主要藍藻物種的基因組序列。此外，以藍藻藻塊為直接研究對象，對群體微生物群落結(jié)構(gòu)進行了分析和解讀，構(gòu)建了群體參考基因集，并在此基礎(chǔ)上對藍藻細胞聚

2、集和群體形成的成因進行解釋。
　　本研究中主要的結(jié)果和結(jié)論包括:
　　(1)基于第三代測序技術(shù)，測序并組裝出了5.69Mb的片狀微囊藻(Microcystis panniformis FACHB1757)和4.76Mb的水華長孢藻（Dolichospermum flos-aquae CHAB1629）的完整基因組序列。其中，片狀微囊藻基因組還含有一個長度為39kb的質(zhì)粒。通過與微囊藻屬的模式物種銅綠微囊藻（Microcyst

3、is aeruginosa NIES843）全基因組序列的比較組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)M.panniformis FACHB1757基因組序列發(fā)生了大量的重排。通過全基因組進化樹構(gòu)建，發(fā)現(xiàn)與D flos-aquae CHAB1629最為近源的物種是卷曲長孢藻AWQC131C，兩者全基因組蛋白序列極為相似。
　　(2)結(jié)合16S rRNA基因擴增子測序，第二代高通量測序和第三代單分子測序，對太湖野外直接采集的和采集后經(jīng)過實驗室純培養(yǎng)的水華長孢

4、藻群體樣本進行物種和功能組成的分析比較。在野外環(huán)境下，除長孢藻外的細菌多樣性更高，但豐度相對較低。在實驗室群體樣本中，組裝出四個附生細菌菌株的近全基因組序列，并進行了物種株系鑒定、蛋白編碼序列預(yù)測和功能注釋。以水華長孢藻CHAB1629全基因組序列為參考，鑒定出野外樣本中35種共計23，944個單核苷酸多態(tài)性變異;在實驗室群體樣本中，僅有18種33個相關(guān)突變，說明其基因組在穩(wěn)定環(huán)境中，序列相對保守。
　　(3)觀測一年中三月份到九

5、月份的太湖藍藻群體形成情況，并在不同位置采集相關(guān)樣本。通過16S rRNA基因擴增子測序，對主要水華種類長孢藻和微囊藻，及兩者的演替過程中群體微生物物種組成進行統(tǒng)計和分析。除藍藻外，群體中主要細菌類群分布在變形菌門和擬桿菌門，在部分樣本中，芽單胞菌門和疣微菌門比例可達十分之一左右。根據(jù)不同物種的豐度變化，對藍藻與其附生細菌之間相關(guān)性進行計算，變形菌門和綠彎菌門細菌與藍藻具有強正相關(guān)性。從三月份到九月份，大部分樣本之間多樣性水平比較類似，

6、其中存在部分藻類死亡的樣本中細菌多樣性最高。
　　(4)通過宏基因組測序，構(gòu)建太湖不同季節(jié)藍藻群體樣本的參考宏基因組和基因集。根據(jù)GC含量及深度分布統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)序列深度在20乘以下。從三月份到九月份，隨著時間推移，太湖中主要藍藻群體從長孢藻屬向微囊藻屬演替，平均蛋白序列長度也逐漸增加。通過功能注釋，大部分樣本基因中已知比例在60％左右。根據(jù)太湖中測量的氨氮變化及采集的藍藻群體宏基因組中氮代謝通路中基因豐度變化，發(fā)現(xiàn)太湖中藍藻繁