單細胞分析普通脫硫弧菌種群及在共生中的轉錄異質性.pdf

1、硫酸鹽還原菌（SRB）是最常見且對全球碳硫循環(huán)極其重要的一種厭氧微生物。已知SRB有兩種生命形式：硫酸鹽代謝和共生代謝。為了全面研究SRB兩種生長條件下代謝調控機制，我們發(fā)展并優(yōu)化了一套共生培養(yǎng)技術和單細胞RT-qPCR分析技術，并利用此技術以硫酸鹽還原菌的模式菌株普通脫硫弧菌（Desulfovibrio vulgaris）為研究基礎，對其進行三部分對比分析：①對比分析D.vulgaris與巴氏甲烷八疊球菌（Methanosarcina

2、 barkeri）共生代謝和純培養(yǎng)硫酸鹽代謝的基因表達差異；②硫酸鹽代謝下，對比分析D.vulgaris生物膜與浮游細胞基因表達差異；③共生代謝條件下，對比分析了從原始純培養(yǎng)到共生建立及維持的進化過程中基因表達差異。
　　結果發(fā)現(xiàn)：①通過單細胞水平下對比分析研究，我們證實了在細胞中存在專一負責維持共生代謝關系的一些基因（如：基因簇（DVU0148-DVU0150）等），并發(fā)現(xiàn)D. vulgaris共生代謝與純培養(yǎng)代謝單細胞間均存在

3、明顯的異質性，這將有助于以后對微生物共生相互關系的分子機制及其調控的理論研究；②通過單細胞水平下對比分析研究，我們發(fā)現(xiàn)在D. vulgaris生物膜和浮游培養(yǎng)中單細胞間都存在明顯的基因表達異質性，生物膜單細胞中基因表達異質性相對于浮游細胞明顯的增加，生物膜高度異質性很可能造成了不同部位的細菌對金屬腐蝕的不同作用，進一步加深了對普通脫硫弧菌生物膜形成以及造成金屬腐蝕的分子機制的理解，而且研究發(fā)現(xiàn)了三個鐵離子濃度調控相關基因（DVU1340

4、、DVU1397和DVU2571）與高濃度鐵離子環(huán)境下的D. vulgaris生物膜正常代謝的關系，發(fā)現(xiàn)高濃度鐵離子很可能對D. vulgaris生物膜形成具有毒害作用；③利用單細胞基因表達分析技術，對比分析了在共生進化50次傳代D vulgaris菌株中發(fā)現(xiàn)的8個重要突變基因在不同共生傳代階段的基因表達水平和基因表達異質性水平，發(fā)現(xiàn)了這8個突變基因在從原始純培養(yǎng)到共生建立與維持過程中表達水平和表達異質性水平的變化規(guī)律，首次在單細胞水平

5、上發(fā)現(xiàn)了這些基因與共生進化代謝關系。
　　總之，通過單細胞技術和高通量測序等技術，我們首次對D. vulgaris兩類生活形式（硫酸鹽代謝和共生代謝）的轉錄水平和細胞間轉錄異質性水平做了比較全面的對比分析，發(fā)現(xiàn)了與共生進化調控與代謝相關的一些基因，并鑒定出了一些基因與共生代謝及生物膜的關系，對D. vulgaris遺傳、生理和進化及該物種所處環(huán)境、同一環(huán)境下其他物種對其代謝的影響有了進一步認識，有助于加深對厭氧微生物SRB代謝與生