土壤氨氧化细菌的群体感应信号分子及对氨氧化影响的研究
批准号:
41371266
项目类别:
面上项目
资助金额:
80.0 万元
负责人:
庄绪亮
依托单位:
学科分类:
D0709.基础土壤学
结题年份:
2017
批准年份:
2013
项目状态:
已结题
项目参与者:
马安周、高婕、唐阔、吴俊妹、邓雪梅
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中文摘要
土壤氨氧化细菌的氨氧化作用是氮循环硝化作用的第一步反应,是限速步骤,氮循环的微生物过程不仅受微生物种群、结构特征、环境因子的影响,还受微生物本身产生的信号分子的调控。群体感应(Quorum sensing,QS)是微生物种群内与微生物种群间的一种通讯方式,它通过群体感应信号分子来调节种群表达与代谢,使个体行为成为群体行为。研究发现,群体感应信号分子不仅调控细胞密度,同时能调控细菌的多个代谢网络。本申请拟回答以下科学问题:氨氧化细菌是否具有QS基因单元?QS系统是否对氨氧化细菌的关键功能产生调控?QS如何影响硝化过程中的种群关系?项目的完成预期可以在个体水平以及微生物生态学层面上初步认识QS对微生物氨氧化过程的作用机制、调控原理及其生态学功能。
英文摘要
Ammonia oxidation is the first and rate-limiting step in the nitrification process of the nitrogen cycle.The process is not only influenced by microbial communities,composition and environmental factors,but also driven by signal molecules secreted by microbes themselves.Microbes communicate with one another using quorum sensing (QS). QS bacteria produce and release chemical signal molecules termed autoinducers to regulate the gene expression and metabolism. This process allows bacteria to monitor the environment for other bacteria and to alter behavior on a population-wide scale. Recent evidence shows that autoinducers not only control cell density, but also alter the metabolic network in bacterial cells. However, there is no clear answer for autoinducers produced by ammonia oxidizing bacteria (AOB) and the association between QS and process of ammoxidation regulation. So this project is designed to answer a few scientific questions: 1) whether there are QS signals produced by AOB which play a key role in the nitrogen cycle; 2) to discuss the mechanisms of control and regulation of the ammoxidation process by autoinducers; 3) whether these QS signals have effects on community structure of ammonia oxidizing microbes in soil environment. Identification of the communication networks and the unraveling of QS metabolic process will present a meaningful story to complete the nitrogen cycle.
微生物是驱动氮元素等物质循环的引擎,N循环中的生物过程及其中物质流与信息流的解析是当前研究微生物生态系统功能最为关注的领域。其中微生物间互作机制是理解物质循环与生物群落耦合及协调控制的最为重要的科学问题之一。微生物通过各种生物活性分子来实现微生物的互作和代谢变化来应对环境过程的变化,而在N循环的各个过程中,群体感应(quorum sensing, QS)在其中的调控作用却没有一个完整的科学认识。因此,我们迫切需要回答的科学问题是:氨氧化细菌是否具有QS 基因单元?QS 系统是否对硝化功能产生调控?QS 如何影响硝化过程中的种群关系?基于以上科学问题,本课题研究发现:1)在硝化过程的氨氧化细菌模式菌中,存在酰基高丝氨酸内酯信号分子(acyl-homoserine lactones, AHLs)合成酶以及AHLs识别受体,并通过异源表达完成了I/R(信号分子合成酶/信号分子受体)调控系统的验证;2)发现氮循环过程中的功能微生物普遍存在着群体感应调控系统。土壤硝化过程中的功能菌存在群体感应系统且产生一个结构未被报道的高丝氨酸内酯信号分子,该信号分子能够促进亚硝酸盐的吸收及转化;3)原位土壤中受信号物质影响的氨氧化功能微生物类群。通过硝化过程的功能菌个体群体感应分子机制的揭示以及在原位土壤中群感效应对氨氧化细菌的调控作用,我们揭示了氨氧化、硝化细菌个体细胞所包含的QS功能单元,初步明确了信号分子在群体环境中改变氨氧化群落组成及生态功能方面能够发挥作用。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
A New Acyl-homoserine Lactone Molecule Generated by Nitrobacter winogradskyi.
维诺格拉茨基硝化杆菌产生的新酰基高丝氨酸内酯分子
DOI:10.1038/srep22903
发表时间:2016-03-11
期刊:Scientific reports
影响因子:4.6
作者:Shen Q;Gao J;Liu J;Liu S;Liu Z;Wang Y;Guo B;Zhuang X;Zhuang G
通讯作者:Zhuang G
An N-Acyl Homoserine Lactone Synthase in the Ammonia-Oxidizing Bacterium Nitrosospira multiformis
氨氧化细菌多形亚硝螺菌中的 N-酰基高丝氨酸内酯合酶
DOI:10.1128/aem.03361-13
发表时间:2014-02-01
期刊:APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY
影响因子:4.4
作者:Gao, Jie;Ma, Anzhou;Zhuang, Guoqiang
通讯作者:Zhuang, Guoqiang
Effects of exogenous short-chain N-acyl homoserine lactone on denitrifying process of Paracoccus denitrificans
外源短链N-酰基高丝氨酸内酯对反硝化副球菌反硝化过程的影响
DOI:10.1016/j.jes.2016.05.019
发表时间:2017-04-01
期刊:JOURNAL OF ENVIRONMENTAL SCIENCES
影响因子:6.9
作者:Cheng, Yun;Zhang, Yang;Zhuang, Xuliang
通讯作者:Zhuang, Xuliang
Mitigation of nitrous oxide emissions from acidic soils by Bacillus amyloliquefaciens, a plant growth-promoting bacterium
植物生长促进细菌解淀粉芽孢杆菌减少酸性土壤中一氧化二氮的排放
DOI:10.1111/gcb.14025
发表时间:2018-06-01
期刊:GLOBAL CHANGE BIOLOGY
影响因子:11.6
作者:Wu, Shanghua;Zhuang, Guoqiang;Zhuang, Xuliang
通讯作者:Zhuang, Xuliang
短程硝化生物脱氮过程游离亚硝酸调控微生物群体感应的机理研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:57万元
- 批准年份:2021
- 负责人:庄绪亮
- 依托单位:
农村型黑臭水体形成的硫循环关键功能微生物及其与碳、氮、铁循环功能微生物间的互作关系研究
- 批准号:91951108
- 项目类别:重大研究计划
- 资助金额:81.0万元
- 批准年份:2019
- 负责人:庄绪亮
- 依托单位:
土壤根际促生菌—嗜根寡养单胞菌DSF群体感应信号分子的调控机理
- 批准号:31670507
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:63.0万元
- 批准年份:2016
- 负责人:庄绪亮
- 依托单位:
高度集约化农业利用下土壤微生物生态退化的分子生物学研究
- 批准号:30470289
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:8.0万元
- 批准年份:2004
- 负责人:庄绪亮
- 依托单位:
黑曲霉1,6-脱水吡喃葡萄糖激酶基因的克隆与表达
- 批准号:30200004
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:18.0万元
- 批准年份:2002
- 负责人:庄绪亮
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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