2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、粘細菌(myxobacteria)是一類能夠滑動運動的革蘭氏陰性桿菌,在系統(tǒng)進化上對應(yīng)變形菌門、δ變形菌綱的粘球菌目(Myxococcales),分為3個亞目,23個屬和50多個種。粘細菌能夠產(chǎn)生豐富的次級代謝產(chǎn)物,被公認(rèn)為是繼放線菌之后的又一個重要的藥源微生物新類群;因其具有復(fù)雜的多細胞群體行為和能形成多細胞聚集、形態(tài)特異的子實體結(jié)構(gòu),被認(rèn)為是“社會性的細菌”。
  粘細菌曾被認(rèn)為是一類典型的土壤微生物,近年來淺海水域分離得到嗜

2、鹽和耐鹽菌株;分子生態(tài)學(xué)研究表明在海洋不同深度、不同位置的沉積物中均有粘細菌分布。此外,一些文獻報道了湖泊河流中粘細菌的分離純化,但這些菌株在形態(tài)上與陸地粘細菌高度相似,長期以來人們普遍認(rèn)為水流或風(fēng)力把陸地粘細菌的子實體帶入淡水環(huán)境,淡水生境只是粘細菌的“暫居地”。因此,淡水環(huán)境是否為粘細菌的重要生境依然不清晰。
  我們在程海湖采集沉積物樣品,進行菌株分離純化,共獲得113株粘細菌,絕大多數(shù)菌株隸屬于Myxococcus、Sor

3、angium和Nannocystis,與分離自土壤的典型菌株形態(tài)高度相似,且16SrRNA基因的差距在2%以內(nèi);其中三株菌位于進化樹的獨立分支,與Cystobactergracilis的相似性在92.2%與97.5%之間,可能屬于新的種屬。使用試劑盒提取1.0g沉積物的總DNA,并分兩步對沉積物中的細菌群落進行454高通量測序。首先,使用兩對通用細菌引物分別擴增16SrRNA基因的V3-V4高變區(qū)和V6-V8高變區(qū),構(gòu)建通用細菌文庫UV

4、34和UV678,分別獲得25305和30604條高質(zhì)量序列,包括2546和5559個種(以0.03的差異水平劃分OTU)。粘細菌是沉積物細菌群落中的主要種群,占據(jù)序列數(shù)量的5.77%(在目的水平據(jù)第三位;兩個文庫中分別為7.25%和4.29%)和種類的7.52%(據(jù)第一位;兩個文庫中分別為9.62%和5.41%);粘細菌中較多的幾個屬是Archangium(16.63%)、Anaeromyxobacter(9.14%)、Kofleri

5、a(8.77%)、Chondromyces(4.45%)和Phaselicystis(4.15%),其他屬均低于3%。然后,分別使用Cystobacterineae和Sorangineae特異引物構(gòu)建粘細菌的特異文庫CV34和SV678,Cystobacterineae中較多的幾個屬是Anaeromyxobacter、Cystobacter和Corallococcus;Sorangineae中較多的屬是Byssovorax、Sorang

6、ium和Phaselicystis。
  隨后,我們調(diào)查了公開發(fā)表的高通量測序數(shù)據(jù),在三個研究共39組普通淡水沉積物樣品中(290658條細菌序列),粘細菌普遍存在,平均數(shù)量比例為(3.73±2.84)%,但不同樣品中粘細菌的內(nèi)部分類單元組成差距較大;在普通淡水水體和溫泉環(huán)境中,粘細菌的比例則很低(<0.3%)。這些結(jié)果表明普通淡水沉積物是粘細菌的重要生境。土壤、海洋和淡水粘細菌的系統(tǒng)發(fā)育比較分析顯示,陸地、海洋粘細菌在高分類水平

7、(科)分離,即使在同一個分支,海洋粘細菌和陸地粘細菌的序列差異一般也比較大;淡水環(huán)境粘細菌一般和陸地粘細菌處于相同分支,與陸地序列親緣關(guān)系近于海洋序列,但仍有部分序列形成了獨立于陸地、海洋粘細菌的特有分支(特有的分類單元)。
  另一方面,粘細菌在土壤生境中分布廣泛,但因其捕食特征和多細胞群體行為,而被認(rèn)為是一類數(shù)量偏少的種群。一個常規(guī)土壤樣品(SDU)的宏基因組測序顯示,粘細菌在數(shù)量和種類上分別占4.10%和7.75%,是優(yōu)勢菌

8、群。為深入理解粘細菌多樣性的橫向范疇(環(huán)境分布)和縱向范疇(季節(jié)演替),我們詳細考察了公共數(shù)據(jù)庫各類生境中粘細菌的存在及數(shù)量比例。在森林、草地、農(nóng)田等普通土壤中(525組數(shù)據(jù),6776656條細菌序列),粘細菌在細菌群落中的比例約為(3.01±2.35)%;在海灘泥沙、極地的苔原冰川沙漠等非典型的土壤環(huán)境,粘細菌的平均數(shù)量比例也在1%以上;在普通淡水環(huán)境沉積物中,粘細菌分布廣泛且數(shù)量較多(3.73%);普通淡水水體中粘細菌分布較為普遍,

9、存在于85.8%的樣品,但數(shù)量比例較低,僅為0.23%;在溫泉及海洋環(huán)境中,粘細菌數(shù)量一般小于0.2%,且存在不具有普遍性(26.7%-68.5%)。
  分析全球各地320組有采樣時間記錄的土壤樣品,其中粘細菌的平均比例為3.41%(粘細菌數(shù)目與細菌數(shù)目的Pearson相關(guān)性分析,R2=0.6827,F(xiàn)檢驗P<0.001)。在不考慮樣品之間差異的情況下,粘細菌的比例似乎有隨季節(jié)周期性變化的趨勢,在春季(3-5月)和秋季(9-11

10、月)較多,而夏季和冬季則減少。選擇一組對樣品進行連續(xù)監(jiān)測(5,6,7,8,10,11六個月)的測序數(shù)據(jù)(凱洛格生物站測序樣品),其中粘細菌的平均比例為(2.27±0.69)%,在目的水平據(jù)第8位。三種土壤類型中粘細菌都有8月份數(shù)量、種類減少的趨勢;這與整個細菌群落多樣性(以Faith'sphylogeneticdiversity作為指標(biāo))以及其他捕食性細菌的變化趨勢均不相同。粘細菌的波動幅度最小,且數(shù)量維持在穩(wěn)定的較高水平(1.2%-3

11、.2%)。三種土壤類型的細菌群落多樣性幾乎都與土壤濕度和溫度顯著相關(guān),而環(huán)境參數(shù)對各類捕食性細菌的數(shù)量比例影響均不明顯;推測環(huán)境因素對微生物群落的影響并非具體到每一個類群,粘細菌的數(shù)量變化是多種環(huán)境參數(shù)、甚至生物因素綜合作用的結(jié)果,而每種參數(shù)對其影響都不是線性的,需要結(jié)合實際情況進行分析:8月份樣品采集前持續(xù)的高溫干燥導(dǎo)致了粘細菌進入休眠狀態(tài),即形成子實體,期間大量的細胞(60-90%)發(fā)生程序性死亡致使粘細菌數(shù)量顯著下降;之后經(jīng)過幾次

12、降水,土壤濕度回升,10月份(秋季)樣品中粘細菌數(shù)量比例上調(diào);到了11月份,低溫(促使粘細菌以形成子實體的形式休眠)逐漸成為限制因素,其數(shù)量增長變慢甚至略有下降。土壤類型對粘細菌的影響可能表現(xiàn)在最大值出現(xiàn)時間、數(shù)值波動幅度等方面。統(tǒng)計各樣品的粘細菌內(nèi)部組成并進行聚類分析,樣品沒有因土壤類型或采集時間聚集,說明粘細菌的內(nèi)部組成也是多種因素(土壤類型、采集時間、各種環(huán)境參數(shù)、生物因素等)綜合作用的結(jié)果。粘細菌各科隨季節(jié)的變化趨勢各不相同,甚

13、至有此消彼長的趨勢,暗示了粘細菌群落中各分類單元具有差異性,存在著種間相互作用。
  產(chǎn)自纖維堆囊菌的大環(huán)內(nèi)酯類化合物埃博霉素(Epothilones),是一種作用機理類似紫杉醇的抗腫瘤藥物,目前已有結(jié)構(gòu)類似物商品化上市。相對于埃博霉素需求的日趨增長,通過纖維堆囊菌發(fā)酵產(chǎn)生的埃博霉素產(chǎn)量極低成為其價格高昂的主要原因。埃博霉素產(chǎn)生菌只占分離菌株數(shù)目的2.5%,是相對稀缺的資源菌株;纖維堆囊菌生長緩慢,遺傳操作困難,而異源表達埃博霉素

14、的產(chǎn)量經(jīng)過發(fā)酵優(yōu)化后仍然很低。因此,我們采取了菌株改良與發(fā)酵優(yōu)化外的兩種策略:尋找更多的埃博霉素產(chǎn)生菌,以期分離到具有優(yōu)良性狀的菌株,用于后續(xù)的基因操作,還可以對比研究埃博霉素的合成機制;利用纖維堆囊菌的共培養(yǎng),驗證種內(nèi)相互作用是否像種間相互作用一樣影響(提高)次級代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量。
  結(jié)合前期工作中獲得的菌株,我們發(fā)現(xiàn)相對于未知土壤的低埃博霉素陽性菌株比例(2.5%),在陽性土壤中進行菌株二次分離,可以獲得較多的埃博霉素產(chǎn)生菌(

15、25%-75%);在一個陽性土壤附近10平方千米內(nèi)的幾個土樣中,陽性菌株的比例也較高(27.3%)。分析一個陽性菌株(So0157-2)的基因組發(fā)現(xiàn),埃博霉素基因簇連同上下游共計128kb的區(qū)段可能來自水平基因轉(zhuǎn)移。對比三株菌的埃博霉素全基因簇,其相似性約為98.5%;埃博霉素基因簇中的酰基轉(zhuǎn)移酶(AT)結(jié)構(gòu)域顯著區(qū)別于其他來源(非纖維堆囊菌或纖維堆囊菌中其他基因)的AT;在4個已報道埃博霉素基因簇的纖維堆囊菌中,同一模塊中的AT蛋白序

16、列差異水平都小于3.2%;14株纖維堆堆囊菌的ATModC2(epoC模塊的第2個AT結(jié)構(gòu)域)的蛋白序列的最大差異約為5.8%。這說明了埃博霉素基因簇的高度保守與相對多樣。單個樣品中獲得的16SrRNA基因序列最大差異約為3.1%,與不同土壤來源的菌株序列差異相當(dāng),而埃博霉素產(chǎn)量更是相差2000倍以上,這說明了單一樣品中纖維堆囊菌的多樣化。對于遺傳操作復(fù)雜的微生物,尋找更多的陽性菌株是一種可供選擇的簡明有效策略。
  在兩個不同土

17、樣各選擇6株纖維堆囊菌(產(chǎn)生埃博霉素或不產(chǎn)生埃博霉素)進行共培養(yǎng)的影響研究。菌株之間在生長上均呈現(xiàn)明顯的相互抑制,雙方生長變?nèi)?,生物量低于純培養(yǎng)物對照(兩個純培養(yǎng)物生物量之和)的35%,推測由空間和營養(yǎng)的爭奪所致。共培養(yǎng)大大影響了埃博霉素產(chǎn)量,45個組合平均提高倍數(shù)為2.45±3.25;33個組合的產(chǎn)量顯著改變(提高或降低倍數(shù)在50%以上);29個(64.4%)組合產(chǎn)量提高,最大提高倍數(shù)為10.4。熒光定量PCR顯示,共培養(yǎng)物中埃博霉素

18、的8個基因區(qū)段表達量均上調(diào),提升倍數(shù)為2.41-7.16。可能是因為基因簇上存在不止一個啟動子,或者mRNA的不同區(qū)段降解速率不同,導(dǎo)致了各區(qū)段檢測到的表達量提升有所不同。當(dāng)然,影響埃博霉素基因簇轉(zhuǎn)錄水平改變的深層機制還有待闡明。
  本工作確認(rèn)了粘細菌在淡水沉積物中的普遍存在,表明淡水沉積物是粘細菌的重要生境;詳細探討了粘細菌在各類環(huán)境中的分布及多樣性,發(fā)現(xiàn)土壤粘細菌數(shù)量比例有隨季節(jié)動態(tài)變化的趨勢;粘細菌內(nèi)部各分類單元的季節(jié)性變

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