近海微生物驱动的木质素降解及其碳循环机制

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AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    91951106
  • 项目类别:
    重大研究计划
  • 资助金额:
    78.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0106.微生物与环境互作
  • 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 sediments are the largest organic carbon and microbial resource storage on the earth. Structural polymers such as lignin, cellulose and hemicellulose are important components of terrestrial organic matters, accounting for about one third of the organic matters buried in the ocean. The offshore area is the most diverse hydrosphere containing the active material transformation and energy flow, and the most diverse forms of interaction between microbes and organics. At present, there is no research report on the carbon material circulation mechanism of marine microbe-mediated lignin degradation and its carbon cycle mechanism. This project will take two aerobic degrading bacteria consortia selected from the sediments of the East China Sea and the South China Sea as the research objects. The lignin model compound alkali lignin will be used as the substrate to study material changes and the carbon cycle during the process of the lignin degradation by marine bacteria. The diversity of strains from the consortia will be analyzed basing on 16s rRNA genes, and the synergistic interaction between the strains within the degradation consortia will also be explored. In addition, the single cell and the pure culture with degradation capability will be obtained by Raman Activated Single Cell Ejection System and the conventional isolation and culture technique, respectively. The single cell and pure culture genomes will be sequenced and the potential lignin catabolic genes will be mined by bioinformatics analysis. And then the function of catabolic genes and enzymatic properties of key enzymes will be studied at the molecular and biochemical levels to analyze lignin degradation pathway and its carbon cycle mechanism. Eventually the abundance and distribution of degrading bacteria and degrading enzyme-encoding genes in the offshore area will be analyzed to explore the relationship between microbes in the offshore and the microbe-mediated lignin degradation.
海洋沉积物是地球上最大的有机碳库和微生物资源库,以木质素、纤维素、半纤维素为主的结构性聚合物是陆源有机质的重要组分,约占海洋埋藏有机质的三分之一。近海区是物质转化与能量流动最活跃、微生物与有机物交互作用形式最为多样的水圈环境。目前海洋微生物驱动的木质素的碳循环机制尚无研究报道。本项目以东海和南海沉积物中筛选的两种降解菌群为研究对象,以木质素模式化合物碱木质素为底物,研究木质素降解过程中物质变化和碳循环机制,分析降解菌群的菌株多样性及其协同互作关系;通过拉曼光谱单细胞分选和传统分离培养技术分别获得具有降解功能的单细胞和降解菌纯培养;利用单细胞和纯培养基因组测序和分析,挖掘潜在的木质素降解基因,在分子和生化水平研究降解基因的功能和关键酶的特性,解析木质素降解途径及其碳循环机制;分析降解菌和降解酶编码基因在近海环境中的丰度与分布,探究近海中微生物与其驱动的木质素降解及物质循环的关系。

结项摘要

木质素等陆地有机碳是全球海洋碳的重要组成部分。据推测,细菌在海洋系统中对木质素降解起着重要作用。然而,海洋微生物参与木质素降解的程度及其对海洋碳循环的贡献仍不清楚。在本研究中,从东海和南海的近岸沉积物中富集了两个能够降解碱木质素(木质素的模式化合物)的细菌群落,命名为菌群LIG-B和LIG-S。菌群LIG-B和LIG-S主要由变形杆菌门组成,分别为硝化还原菌属(71.6%)和盐单胞菌属(91.6%)。发现菌群LIG-B(最大降解率为57%)比LIG-S(最大18%)更利于木质素降解。能够将木质素分解成较小片段的木质素分解酶漆酶(Lac)、锰过氧化物酶(MnP)和木质素过氧化物酶(LiP)在这两个菌群中都具有活性。经过两个菌群处理的碱木质素(AL)中新出现的低分子量芳香族化合物、有机酸和其他木质素衍生化合物证明木质素可以被两个菌群解聚。发现菌群LIG-S中的木质素途径在构建的降解网络中表现出更高的完整性。进一步的研究揭示,通过原儿茶酸盐和邻苯二酚的多种途径参与木质素及其衍生物的降解基因,不仅存在于菌群LIG-B和LIG-S中,还存在于来自9个近岸地区的783个公开可用的宏基因组组装基因组中。同时,从菌群LIG-B和LIG-S中分离出11株细菌,并对其利用AL的生长及降解进行了研究。7株菌株表现出AL的能力,其中盐单胞菌NyZ327和盐单胞杆菌NyZ357在24小时的降解率分别为2.61%和4.95%。扫描电子显微镜显示,这两种菌株可以破坏AL的微观形态并形成颗粒,并且某些化学基团的吸收峰变弱。GC-MS结果表明,AL降解为芳烃。对菌株NyZ357基因组的分析表明,该菌株可能具有代谢木质素衍生化合物香草醛、4-羟基苯甲酸酯和苯甲酸酯的途径。相关降解基因在大肠杆菌中表达并进行了功能验证。本研究为解析海洋细菌降解木质素的机理并探讨海洋环境中的碳循环提供了理论依据。

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(0)
MhpA is a hydroxylase catalyzing the initial reaction of 3-(3-hydroxyphenyl)propionate catabolism in Escherichia coli K-12
MhpA 是一种羟化酶,可催化大肠杆菌 K-12 中 3-(3-羟苯基)丙酸分解代谢的初始反应
  • DOI:
    10.1063/5.0082744
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Xu Ying;Zhou Ning-Yi
  • 通讯作者:
    Zhou Ning-Yi
Evidences of aromatic degradation dominantly via the phenylacetic acid pathway in marine benthic Thermoprofundales
海洋底栖 Thermoprofundales 中芳香族化合物降解主要通过苯乙酸途径的证据
  • DOI:
    10.1111/1462-2920.14850
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Liu Wei-Wei;Pan Jie;Feng Xiaoyuan;Li Meng;Xu Ying;Wang Fengping;Zhou Ning-Yi
  • 通讯作者:
    Zhou Ning-Yi
深渊来源Citricoccus sp.strain NyZ702的分离培养及其降解4-羟基苯甲酸的特性
  • DOI:
    10.13344/j.microbiol.china.210180
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    微生物学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    凌浩;许楹;周宁一
  • 通讯作者:
    周宁一
深渊沉积物中盐单胞菌(Halomonas sp.) NyZ771菌株的分离培养及其降解芳香酸的研究
  • DOI:
    10.13344/j.microbiol.china.220150
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    微生物学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赖鑫婷;凌浩;周宁一;许楹
  • 通讯作者:
    许楹
Complete Genome Sequence of a Halophilic Bacterium, Halomonas sp. Strain NyZ770, from Mariana Trench Sediment
嗜盐细菌(Halomonas sp.)的完整基因组序列。
  • DOI:
    10.1128/mra.01037-21
  • 发表时间:
    2021-12-09
  • 期刊:
    MICROBIOLOGY RESOURCE ANNOUNCEMENTS
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Lai X;Xu Y
  • 通讯作者:
    Xu Y

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其他文献

嗜盐古菌Haloferax volcanii WFD11中龙胆酸1,2-双加氧酶HagA的研究
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    周宁一
三氯卡班降解菌株Sphingomonas sp.YL-JM2C中多个邻苯二酚双加氧酶的功能
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    周宁一
三氯卡班降解菌株Sphingomonas sp.YL-JM2C中多个邻苯二酚双加氧酶的功能
  • DOI:
    10.13344/j.microbiol.china.170100
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    微生物学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李朔;许楹;周宁一
  • 通讯作者:
    周宁一
石油基塑料的微生物降解
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    许楹;殷超凡;岳纹龙;周宁一
  • 通讯作者:
    周宁一
中国东海和南海海域可培养烃类降解细菌的筛选及功能
  • DOI:
    10.13344/j.microbiol.china.180685
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    微生物学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    程晓宇;刘伟伟;许楹;周宁一
  • 通讯作者:
    周宁一

其他文献

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芽孢杆菌PVC-6B降解聚氯乙烯塑料的机理研究
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AI项目解读示例

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

        graph TD
          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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