MGII古菌的视紫红质基因水平转移和生态功能演化

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41906136
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    27.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0605.海洋生态学与环境科学
  • 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

Marine Group II (MGII) archaea are the most abundant heterotrophic archaea in ocean waters, significantly effecting global carbon cycle and ecosystem functions. It has been found that MGII are very abundant in shallow seawaters and dominate in the planktonic archaeal populations, but the abundance of them are much lower in deep seawaters. The proteorhodopsin coding genes (pop genes) are present in most MGII from photic zone while absent in MGII from deep ocean. The phenomenon that MGII mainly distribute in shallow water may be intimately associated with the function of the proteorhodopsin in MGII. The key scientific questions of this application are as follows: 1) When did the pop gene arise in MGII and how has it evolved? 2) How would the horizontal transfer of pop gene influence the ecological functions of MGII? The proposer has already acquired several metagenome-assembled genomes of MGII from surface to hadal waters in Mariana Trench. Based on the previous work, this application will test the following hypothesis: MGII evolved from deep ocean to shallow water and acquired pop gene through horizontal transfer, promoting the ecological competitiveness of MGII in shallow water. This application will combine the metagenomic and metatranscriptomic sequencings and Bayesian bioinformatics methods to determine the origin time and evolutionary processes of MGII, and to reveal the influence of pop genes on ecological functions of MGII and their evolutionary patterning.
MGII是海洋水体中最丰富的异养古菌类群,在全球碳循环和生态环境中具有极其重要的作用。已知在浅层海水中MGII极其丰富并在古菌群落中占主导地位,但在深层海水中其丰度却极低;真光层的MGII大多含有编码视紫红质的pop基因,而深海中的MGII不含有pop基因。MGII主要分布在浅层海水的现象可能与视紫红质的生态功能有着密切关系。本申请拟解决的关键科学问题为:1)pop基因在MGII中出现的时间及演化过程;2)pop基因水平转移对MGII生态功能的影响。申请人已获得马里亚纳海沟表层到深渊层的多个MGII基因组,通过分析提出以下假设:MGII由深海向上层水体进化过程中通过水平基因转移获得pop基因,提高了MGII在浅层海水中的生态竞争力。该申请拟通过宏基因组和宏转录组测序,结合贝叶斯生物信息学方法来判定MGII的起源时间和演化过程,并揭示pop基因对MGII生态功能的影响及其演化规律。

结项摘要

海洋浮游古菌Marine Group II (MGII)是全球海水中丰度最高的异养古菌,对全球碳循环有重要的影响。MGII主要分布在真光层,在表层海水中的丰度尤其高,这与视紫红质基因的功能密切相关,但是对于视紫红质基因在MGII的演化过程中的获得和生态功能目前仍所知甚少。本研究通过结合实验室培养、分子生物学和生物信息学方法,分析了马里亚纳海沟、珠江口和其他海域全球海水中的MGII的16S rRNA基因和宏基因组测序数据,得出了以下主要结论:(1)根据宏基因组分析获结果确认了MGIIc为科水平上的MGII类群,从马里亚纳海沟深渊层水体中获得了高质量的MGIIc的基因组,并将MGIIc作为一个新的科命名为Candidatus Qianlongarchaea bathyliensis fam. sp. nov.;(2)根据贝叶斯算法分析结果,MGII可能起源于距今18.5亿年左右,起源于大氧化事件之后与MGII的好氧代谢有关,并且MGII的祖先是中等嗜热的,其祖先的最适生长温度大约在60 ºC左右,MGIIc、MGIIb和MGIIa的最适生长温度分别在57 ºC、49 ºC和46 ºC左右,它们是从高温到低温的顺序进行演化的;(3)系统进化分析结果表明早期MGII的基因组中不存在视紫红质基因,而是在演化的过程中从变形杆菌、拟杆菌等海洋细菌中通过水平基因转移获得的,视紫红质基因的获得极大提高了MGII在表层海水的生存能力;(4)培养实验结果表明球形棕囊藻能在短时间内刺激MGII迅速增殖,表明MGII与浮游藻类之间存在密切的生态关系。在项目执行期间,已经发表一篇中文核心期刊,一篇SCI论文已接收,还有一篇SCI论文正在撰写中,培养一位博士研究生和一位硕士研究生。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
海洋浮游古菌mgii的研究进展
  • DOI:
    10.13343/j.cnki.wsxb.20200105
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    微生物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘浩东;闫荣曼;张传伦
  • 通讯作者:
    张传伦

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其他文献

半胱氨酸对模拟体系中丙烯酰胺的抑制作用研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    食品研究与开发
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘浩东;梁文娟;周艳玲;高晴;和劲松
  • 通讯作者:
    和劲松
采煤机滚筒高度传感器工作环境磁场仿真与屏蔽
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    煤炭科学技术
  • 影响因子:
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  • 作者:
    李曼;郑思雨;刘浩东;王志鹏
  • 通讯作者:
    王志鹏

其他文献

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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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