科研动态

【SCI REP IF5.228】iTRAQ揭示深海玫瑰杆菌生理功能

Genomic, physiologic, and proteomic insights into metabolicversatility in Roseobacter clade bacteria isolated from deep-sea water

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1研究背景

 

海洋玫瑰杆菌类群在海洋中丰度较高,分布极为广泛,它们通过其多样化的生理代谢功能在海洋碳、硫循环节中发挥着重要作用,有文章将其列为海洋细菌生理生态功能研究的模式生物。然而目前只有很少的玫瑰杆菌类群菌从海洋中被分离获得,甚少进行过深入研究。本文拟对东南太平洋深海中分离到的亲缘关系比较近的玫瑰杆菌 (Thiobacimonas profunda JLT2016和Pelagibaca abyssi JLT2014) 结合基因组学、蛋白组学技术以及生理生化分析,旨在对海洋玫瑰杆菌的基因组特征、生理代谢功能和生存方式等进行系统的研究。

 

2样本来源

 

分别从东南太平洋2,571米和2,000米深水体中分离获得的海洋玫瑰杆菌Thiobacimonas profunda JLT2016和Pelagibaca abyssi JLT2014。

 

3研究技术

 

蛋白提取和iTRAQ实验(由中科完成);

基因测序;

常规流式细胞和生化实验。

4研究结果

 

基因组测序分析

基因组测序分析表明,T.profunda JLT2016与P. abyssi JLT2014的基因组都是由1个单链环状染色体和8个粒构成,且二者核酸比对相似度为81%。BLAST序列分析可以看出,T. profunda JLT2016、P. abyssi JLT2014 和P. bermudensis HTCC2601中约3,000个基因有 60% 的序列相似度,意味着多数基因行使相同或者相近的功能。

T. profunda JLT2016 和 P. abyssi JLT2014基因组比较分析

 

两种深海玫瑰杆菌的主要功能

T. profundaJLT2016和P. abyssi JLT2014的基因特征表明,它们都可以通过卡尔文循环和无机硫的氧化来进行二氧化碳固定,揭示了潜在的化学自养能力;并且它们的基因组中都发现了参与TCA循环、PPP途径、KDPG途径的关键基因以及编码丙酮酸羧化酶和苹果酸脱氢酶的基因,提示了以上基因的共同作用调节三羧酸循环的平衡;此外,它们都含有丰富的ABC转运体和TRAP转运体,因此能够适应海洋中营养稀少且不均衡的生长条件。

基于功能基因组学的T. profunda JLT2016和P. abyssi JLT2014代谢通路和转运系统分析

 

T. profunda JLT2016的生长条件和生理生化特性

实验分组:用以下6种培养基培养T. profunda JLT2016, 分别是:control(培养基为海水);C+S; Glc+C; Glc;Glc+S; Glc+S+C。培养基的配置如下:添加100μM的葡萄糖(Glc);2.5mM的碳酸氢钠(C)和1 mM的硫(S)的海水。

生理生化实验表明,T. profunda JLT2016在自养和异养条件下都可生长。无机化能自养条件下细胞生长最快,自养条件下细胞生长最慢,原因可能是,自养条件下细胞产生浓度很低的PHB(细胞碳储存材料)和浓度很高的EPS,而 EPS合成会消耗大量的碳源和能量,因此导致细胞生长较慢。

T. profunda JLT2016在不同培养条件下的生理生化实验

iTRAQ蛋白定量分析

文章总共鉴定到2656个蛋白,至少在2种生长条件下差异表达的蛋白共有1621个(差异倍数>2或者<0.8)。蛋白定量的结果与生化实验结果一致,表明在T. profunda JLT2016中自养和异养代谢途径的存在。此外,文章对不同培养条件下的T. profunda JLT2016在卡尔文循环、无机硫氧化和中心代谢途径的蛋白表达水平进行比较分析,结果表明,与异养条件相比,化能自养条件下的碳固定和无机硫氧化相关蛋白的表达显著上调,提示了较高的代谢的灵活性,以此来适应海洋特殊的生存环境。

 

不同培养条件下的T. profunda JLT2016的蛋白表达水平分析

5结论

 

近年来,玫瑰杆菌类群在海洋生态系统中的重要作用和地位引起了人们的广泛关注。本文首次结合基因组学、蛋白组学技术以及生理生化分析对海洋玫瑰杆菌的基因组特征、生理代谢功能和生存方式等进行系统的报道,丰富了大家对于对海洋玫瑰杆菌的基本认识,揭示了玫瑰杆菌通过多样化的生理代谢功能以此来适应海洋特殊的生存环境。

 

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