铜胁迫下丝足虫类原生动物对土壤耐铜微生物种群及抗性调控机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41877330
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    61.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0312.生物地球化学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Protozoa are one of the major biotic factors driving the composition and dynamics of bacterial communities in soil. As the abundant free-living soil protozoa, Cercozoa are quantitatively important in soil food webs. During the interaction process, copper-mediated bacterial killing mechanisms in protozoa create a strong selective pressure on acquisition and maintenance of copper resistance determinants in bacteria. However, compared to the pressure from anthropologic copper contamination, the selective impacts of protozoan predation on copper-resistant bacterial communities and their copper resistance determinants in soil are largely unknown, especially the effects at the aggregate level. To investigate the correlation between protozoan grazing and copper-resistant bacterial communities, the DNA- and RNA-based structure of Cercozoa, total bacterial communities and copper-resistant bacterial communities will be compared in the aggregate fractions from agriculture soils exposed to long-term copper contamination gradients. The contributions from copper contamination and protozoan grazing to the occurrence and succession of copper-resistant bacterial communities in soil will be implicated spatially at the aggregate level. Microcosm studies will be carried out to monitor the dynamics of copper-resistant bacterial communities under the influence of predation by the representative Cercozoa. The proposed project will greatly extend our knowledge on the development and evolution of metal resistant bacteria, as well as the widespread presence of metal resistance determinants in pristine environments.
原生动物是调控土壤微生物种群最主要的生物因子,其中丝足虫类属优势类群。重金属介导的原生动物捕食机制是微生物维持/获取铜抗性重要的选择压力,但以原生动物捕食为主的生物因子对耐铜细菌种群及抗铜基因多样性调控的研究尚鲜有报道,在土壤团聚体微尺度环境中如何体现也不清楚。因此,本项目以梯度铜污染农田土壤团聚体为研究对象,通过野外原位试验,在DNA和RNA水平探究铜污染、丝足虫类原生动物多样性、与耐铜细菌群落间的互作关系,揭示丝足虫类原生动物捕食(生物因子)和环境铜污染程度(非生物因子)对耐铜细菌群落演替的相对贡献;同时通过培养试验模拟不同程度铜污染环境,探究在原生动物捕食作用的影响下,耐铜细菌群落抗性发展的动态变化过程。研究从新的视角审视环境中耐铜细菌群落的演替和进化机制,成果将为原生动物与细菌的互作、以及重金属抗性基因的选择机制研究提供重要的理论依据。

结项摘要

原生动物是影响土壤微生物多样性和群落组成的关键驱动力。本项目以梯度铜污染农田土壤团聚体为研究对象,结合野外调查研究和微宇宙培养试验,探究了铜污染胁迫下土壤团聚体中微生物群落的分布特征及驱动因子,揭示了原生动物影响耐铜细菌群落和铜抗性基因的微生态调控机制。研究取得的主要结果如下:1)细菌、耐铜细菌和原生动物群落在团聚体中分布不均,α-多样性和群落组成受团聚体粒径影响显著。总铜、有效铜、土壤pH、C/N是影响团聚体细菌和原生动物群落的主要环境因子,其中铜污染对细菌和原生动物群落的影响随团聚体粒径增大而降低。由于小粒径团聚体中铜敏感细菌和原生动物类群占比较高,导致铜污染对小粒径团聚体微生物的遗留效应更强。2)铜污染改变团聚体粒径效应。铜污染减弱了由团聚体粒径引起的细菌群落间的差异,但不影响吞噬类原生动物群落在团聚体中的分布。铜污染胁迫下团聚体细菌与原生动物群落的α-多样性呈显著正相关,且相关性随团聚体粒径增加而增强;原生动物-细菌共现网络拓扑参数及鲁棒性分析进一步证明了大粒径团聚体中原生动物在维持网络稳定性方面的作用更为重要。3)原生动物捕食促进耐铜细菌群落的富集。细菌和耐铜细菌群落共现网络分析及结构方程模型结果表明,原生动物通过调控铜敏感及抗性细菌生态簇,进而促进细菌抗铜基因的富集;而铜污染主要通过影响基因移动元件调控细菌抗铜基因丰度。微宇宙试验进一步证明铜胁迫条件下原生动物捕食显著促进细菌抗铜基因的富集,为原生动物捕食调控耐铜细菌群落提供了直接证据。综上所述,本项目在土壤微域尺度下深入探究了铜胁迫下生物及非生物因素对耐铜细菌群落的影响及驱动机制,研究结果为深入认识重金属污染胁迫下原生动物介导的土壤食物网结构和功能提供了重要的理论依据。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Recent advances in exploring the heavy metal(loid) resistant microbiome.
探索抗重金属(类)微生物组的最新进展
  • DOI:
    10.1016/j.csbj.2020.12.006
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Computational and structural biotechnology journal
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Hao X;Zhu J;Rensing C;Liu Y;Gao S;Chen W;Huang Q;Liu YR
  • 通讯作者:
    Liu YR
Soil aggregate isolation method affects interpretation of protistan community
土壤团聚体分离方法影响原生生物群落的解释
  • DOI:
    10.1016/j.soilbio.2021.108388
  • 发表时间:
    2021-10
  • 期刊:
    Soil Biology and Biochemistry
  • 影响因子:
    9.7
  • 作者:
    Hao Liao;Shenghan Gao;Xiuli Hao;Fei Qin;Silin Ma;Wenli Chen;Qiaoyun Huang
  • 通讯作者:
    Qiaoyun Huang
MRG Chip: A High-Throughput qPCR-Based Tool for Assessment of the Heavy Metal(loid) Resistome
MRG 芯片:一种基于高通量 qPCR 的重金属(类)抗性评估工具
  • DOI:
    10.1021/acs.est.2c00488
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Environmental Science & Technology
  • 影响因子:
    11.4
  • 作者:
    Jiaojiao Zhu;Qiong Huang;Xinyi Peng;Xinyuan Zhou;Shenghan Gao;Yuanping Li;Xuesong Luo;Yi Zhao;Christopher Rensing;Jian-Qiang Su;Peng Cai;Yu-Rong Liu;Wenli Chen;Xiuli Hao;Qiaoyun Huang
  • 通讯作者:
    Qiaoyun Huang
Distinct Responses of Rare and Abundant Microbial Taxa to In Situ Chemical Stabilization of Cadmium-Contaminated Soil.
稀有和丰富的微生物类群对镉污染土壤原位化学稳定的不同反应
  • DOI:
    10.1128/msystems.01040-21
  • 发表时间:
    2021-10-26
  • 期刊:
    mSystems
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Xu M;Huang Q;Xiong Z;Liao H;Lv Z;Chen W;Luo X;Hao X
  • 通讯作者:
    Hao X

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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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