湿地缺氧生态位下变形菌门甲烷氧化菌的能量代谢研究

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基本信息

  • 批准号：
    41907027
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    27.0万
  • 负责人：
    郑越
  • 依托单位：
    中国科学院城市环境研究所
  • 学科分类：
    D0709.基础土壤学
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Methanotrophs use methane as the carbon and energy source, and play an important role in the balance of global methane and the mitigation of global warming. Microbial methane oxidation distributes different redox niches across “hyperoxia-hypoxia-anoxia”. Recent researches showed that the metabolic potential of Proteobacteria methanotrophs was revealed in the anoxic niche of wetland, but the mechanism of corresponding energy metabolism was not clear. Thus, standing on two perspectives (Proteobacteria methanotroph itself, and its interspecies interaction), this project will explore the energy metabolism of Proteobacteria methanotrophs in the anoxic environment from intracellular to extracellular process, and demonstrate the interspecific energy cooperation between them and the accompanying microbes, using microbial omics, molecular biology, bioelectrochemical techniques. This project will expound the mechanism of energy metabolism of Proteobacteria methanotrophs in the anoxic niche of wetland. It would broaden the existing theory of anoxic microbial methane oxidation, and provide theoretical supports for the biological control process of greenhouse gas methane.
甲烷氧化菌以甲烷作为碳源和能源，在全球甲烷平衡和温室效应控制中扮演着重要的角色。甲烷生物氧化过程跨越“高氧-低氧-缺氧”不同氧化还原生态位，近年来研究表明：在湿地缺氧生态位下变形菌门甲烷氧化菌具有代谢潜力，但其能量代谢机制尚不清楚。本项目以变形菌门甲烷氧化菌为研究对象，综合运用微生物组学、分子生物学、生物电化学等技术，从甲烷氧化菌自身和其参与的种间协作两个方面，解析变形菌门甲烷氧化菌在缺氧环境下从胞内到胞外的能量代谢过程，揭示其与伴随功能菌之间的种间能量协作方式。本研究将阐述湿地系统中缺氧生态位下变形菌门甲烷生物氧化的能量代谢机制，拓展现有缺氧区甲烷氧化理论，为调控温室气体甲烷的生物控制过程提供理论依据。

结项摘要

甲烷氧化菌在全球甲烷平衡和温室效应控制中扮演着重要角色，湿地缺氧生态位下变形菌门甲烷氧化菌具有代谢潜力，但其能量代谢机制尚不清楚。本项目从能量代谢的角度，以典型变形菌门甲烷氧化菌为研究对象，湿地环境中常见的固相电子受体铁矿为电子受体，甲烷为电子供体，研究湿地缺氧生态位中变形菌门甲烷氧化菌的能量代谢过程。综合运用微生物组学、分子生物学、生物电化学等技术，从纯菌、种间、混菌三个层面探讨了变形菌门甲烷氧化菌的缺氧代谢机制。从纯菌层面，按照电子传递途径“细胞膜区域-胞外聚合物区域-电子受体区域”，分别揭示了甲烷氧化菌从胞内到胞外的电子传递机制。从种间层面，解析了甲烷氧化菌与非甲烷氧化菌以甲醇等碳代谢产物和矿物作为能量载体在缺氧环境下的种间能量传递过程。从混菌层面，解析了甲烷氧化菌群中关键物种之间的能量流过程。变形菌门甲烷氧化菌的缺氧能量代谢过程，打破了近百年来变形菌门甲烷氧化菌主要以好氧代谢为主的传统认知，拓展了反硝化厌氧甲烷氧化菌及厌氧甲烷氧化古菌主导的缺氧甲烷氧化理论，为我国湿地甲烷生物控制和甲烷增汇方案制定提供理论支持。

项目成果

期刊论文数量（6）
专著数量（0）
科研奖励数量（0）
会议论文数量（0）
专利数量（1）
Metagenomic Insight into Environmentally Challenged Methane-Fed Microbial Communities.
对环境挑战的甲烷喂养微生物群落的宏基因组洞察
  • DOI：
    10.3390/microorganisms8101614
  • 发表时间：
    2020-10-20
  • 期刊：
    Microorganisms
  • 影响因子：
    4.5
  • 作者：
    Zheng Y;Wang H;Yu Z;Haroon F;Hernández ME;Chistoserdova L
  • 通讯作者：
    Chistoserdova L
Extracellular electron transfer of Methylophilus methylotrophs
嗜甲基菌甲基营养菌的细胞外电子转移
  • DOI：
    10.1016/j.procbio.2020.05.001
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Process Biochemistry
  • 影响因子：
    4.4
  • 作者：
    Yeyi Yang;Huan Wang;Yue Zheng;Baoli Zhu;Xuee Wu;Feng Zhao
  • 通讯作者：
    Feng Zhao
Methane-Dependent Mineral Reduction by Aerobic Methanotrophs under Hypoxia
缺氧条件下需氧甲烷氧化菌的甲烷依赖性矿物质还原
  • DOI：
    10.1021/acs.estlett.0c00436
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Environmental Science & Technology Letters
  • 影响因子：
    10.9
  • 作者：
    Zheng Yue;Wang Huan;Liu Yan;Zhu Baoli;Li Jinhua;Yang Yeyi;Qin Wei;Chen Lianfu;Wu Xuee;Chistoserdova Ludmila;Zhao Feng
  • 通讯作者：
    Zhao Feng
Alternative strategies of nutrient acquisition and energy conservation map to the biogeography of marine ammonia-oxidizing archaea
营养物获取和能量保存的替代策略映射到海洋氨氧化古菌的生物地理学
  • DOI：
    10.1038/s41396-020-0710-7
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    The ISME journal
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    Wei Qin;Yue Zheng;Feng Zhao;Yulin Wang;Hidetoshi Urakawa;Willm Martens-Habbena;Haodong Liu;Xiaowu Huang;Xinxu Zhang;Tatsunori Nakagawa;Daniel R. Mende;Annette Bollmann;Baozhan Wang;Yao Zhang;Shady A. Amin;Jeppe L. Nielsen;Koji Mori;Reiji Takahashi;E. Virg
  • 通讯作者：
    E. Virg
An electrochemical system for the rapid and accurate quantitation of microbial exoelectrogenic ability
用于快速准确定量微生物外生电能力的电化学系统
  • DOI：
    10.1016/j.bios.2022.114584
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    Biosensors and Bioelectronics
  • 影响因子：
    12.6
  • 作者：
    Huan Wang;Yue Zheng;Jiawei Liu;Baoli Zhu;Wei Qin;Feng Zhao
  • 通讯作者：
    Feng Zhao

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其他文献

高性能湿接装配式长型浮置板抗弯性能研究
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  • 发表时间：
    2022
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  • 作者：
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    郑越
小鼠肝、肝、脾组织病理学变化对结核DNA疫苗保护效力的评价作用
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一种计算三体问题周期轨道的新方法
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  • 发表时间：
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    郑越;泮斌峰;唐硕
  • 通讯作者：
    唐硕

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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