深渊严格嗜压菌Moritella yayanosii DB21MT-5鞭毛系统适应高压环境的机制研究
批准号:
41506147
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
21.0 万元
负责人:
张维佳
依托单位:
学科分类:
生物海洋学与海洋生物资源
结题年份:
2018
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
李学恭、陈海涛、尹群健、Chiaki KATO
中文摘要
深渊指水深超过6000米的海沟区域,以高静水压、寡营养为主要特点,该生境下的生物特征尚不明确。鞭毛旋转推进细胞运动,是细菌最有效的运动方式之一,对细胞寻找营养物质以及个体生存至关重要。细菌鞭毛合成及运动对压力变化非常敏感。对生活在水深2000-3000米处的中度嗜压菌的研究表明,不同菌株的鞭毛合成调控系统对高压环境的适应方式不同。而深渊环境中的严格嗜压菌的鞭毛合成过程及其如何适应高压环境仍未知。本项目首次以分离自10898米水深的深渊严格嗜压菌Moritella yayanosii DB21MT-5为研究对象,利用高压模拟细菌培养平台、高压显微观察仓和常规分子生物学、生物化学手段,系统解析不同压力培养和不同生长阶段的细胞的鞭毛基因转录、蛋白转运组装以及细胞运动特征,分析压力变化对鞭毛运动的影响,探索严格嗜压细菌的鞭毛系统对高压环境的适应机制,为深入揭示深渊环境中的生命过程奠定基础。
英文摘要
The trench, representing the deep-sea bottom with over 6000m in depth, is characterized by high hydrostatic pressure and limited nutrient supply. It remains one of the least understood habitats on earth. Flagella provide bacteria with a highly efficient means of locomotion, plays important role in searching for nutrient and cellular survival. The synthesis of flagellar and cell motility is one of the most pressure-sensitive bioprocess. As demonstrated by the study of moderately piezophiles isolated at the depth of 2000-3000 meters, the regulation of flagellar synthesis adapts to high pressure environment through various ways. However, the adaptation mechanism of flagellar from obligately piezophiles is still unclear. In the grant proposal, we will characterize the flagellar apparatus of obligately piezophilic bacteria Moritella yayanosii DB21MT-5, and study the effect of pressure on its synthesis and motility by analyzing the transcription of related genes, the translocation and assembly of proteins, and the cellular motility. The results obtained will contribute to our understanding of the adaptation mechanism of flagellar motility in obligately piezophiles to the highest hydrostatic pressure, and will shed light on the exploration of life in the deep biosphere.
深渊指水深超过6000米的海沟区域,以高静水压、寡营养为主要特点。仅能在高压环境中生存,而无法在常压条件下生存的严格嗜压菌大多分离自深渊环境中。由于深渊样品采集、高压模拟培养等技术尚未普及,到目前为止,人们仅获得了约20株深渊严格嗜压菌的纯培养。它们独特的生活方式以及对深渊超高压环境的适应机制目前尚不明确。Moritella yayanosii DB21MT-5和Shewanella benthica DB21MT-2是分离自马里亚纳海沟挑战者深渊10898米水深处的2株深渊严格嗜压菌,是研究微生物适应深渊超高压环境的理想模式菌株。.本项目以这两株细菌为研究对象,通过比较基因组学分析发现包括鞭毛系统、趋化蛋白以及与微生物应激反应相关的毒素-抗毒素系统很可能在微生物适应深渊环境的过程中发挥重要作用。进而,我们建立了高压显微观察体系并对两株深渊严格嗜压菌在不同压力条件下的运动能力进行了分析。结果表明,在最适压力条件下,两株细菌拥有最好的运动性,压力升高或降低均会导致细胞运动能力的下降。但压力对细菌运动能力的影响是可逆的,一旦回到最适条件下,细菌的运动能力仍能够恢复。同时,我们检测了不同压力条件下鞭毛基因的表达水平。结果显示,压力降低时,两套鞭毛系统的鞭毛基因表大量均有下降,其中周生鞭毛所受影响更为显著,说明两套鞭毛系统对压力的适应性并不相同,周生鞭毛可能主要在高压条件下发挥作用。为深入认识压力对蛋白微丝结构的影响,我们设计定制了高压原位固定装置,并利用纯化的FtsZ蛋白在体外条件下分析了不同水深来源的蛋白微丝的压力稳定性。研究结果表明,来自深渊严格嗜压菌的蛋白微丝在高压条件下具有更高的稳定性,不易发生降解。本研究从基因组组成、基因转录表达、大分子结构等多个层面系统分析了深渊严格嗜压菌对高压环境的适应机制,为深入揭示深渊环境中的生命过程提供了重要数据。
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Genomic and physiological analysis reveals versatile metabolic capacity of deep-sea Photobacterium phosphoreum ANT-2200
基因组和生理分析揭示深海发光杆菌 ANT-2200 的多功能代谢能力
DOI:
10.1007/s00792-016-0822-1
发表时间:
2016-04
期刊:
Extremophiles
影响因子:
2.9
作者:
[Zhang Sheng-Da, Santini Claire-Lise, Zhang Wei-Jia, Barbe Valerie, Mangenot Sophie, Guyomar Charlotte, Garel Marc, Chen Hai-Tao, Li Xue-Gong, Yin Qun-Jian, Zhao Yuan, Armengaud Jean, Gaillard Jean-Charles, Martini Severine, Pradel Nathalie, Vidaud Claude, Alberto Francoi]
通讯作者:
Alberto Francoi
Contribution of trimethylamine N-oxide on the growth and pressure tolerance of deep-sea bacteria
N-氧化三甲胺对深海细菌生长和耐压能力的贡献
DOI:
10.1007/s00343-019-7377-9
发表时间:
2018-11
期刊:
Journal of Oceanology and Limnology
影响因子:
1.6
作者:
[Yin Qunjian, Zhang Weijia, Li Xuegong, Zhou Lihong, Qi Xiaoqing, Zhang Chan, Wu Long-Fei]
通讯作者:
Wu Long-Fei
DOI:
10.1016/j.margen.2018.09.001
发表时间:
2019-04
期刊:
Marine Genomics
影响因子:
1.9
作者:
[Wei-Jia Zhang;Xuehua Cui;Li-hong Chen;Jian Yang;Xue-Gong Li;Chang-Sheng Zhang;V. Barbe;S. Mangenot;S. Fouteau;Thomas Guérin;C. Kato;Long-Fei Wu]
通讯作者:
Wei-Jia Zhang;Xuehua Cui;Li-hong Chen;Jian Yang;Xue-Gong Li;Chang-Sheng Zhang;V. Barbe;S. Mangenot;S. Fouteau;Thomas Guérin;C. Kato;Long-Fei Wu
High Hydrostatic Pressure Inducible Trimethylamine N-Oxide Reductase Improves the Pressure Tolerance of Piezosensitive Bacteria Vibrio fluvialis.
高静水压诱导三甲胺氮氧化物还原酶提高压敏细菌河流弧菌的耐压性
DOI:
10.3389/fmicb.2017.02646
发表时间:
2017
期刊:
Frontiers in microbiology
影响因子:
5.2
作者:
[Yin QJ, Zhang WJ, Qi XQ, Zhang SD, Jiang T, Li XG, Chen Y, Santini CL, Zhou H, Chou IM, Wu LF]
通讯作者:
Wu LF
Bacterial community structure and novel species of magnetotactic bacteria in sediments from a seamount in the Mariana volcanic arc.
马里亚纳火山弧海山沉积物中的细菌群落结构和新的趋磁细菌物种。
DOI:
10.1038/s41598-017-17445-4
发表时间:
2017-12-21
期刊:
Scientific reports
影响因子:
4.6
作者:
[Liu J, Zhang W, Li X, Li X, Chen X, Li JH, Teng Z, Xu C, Santini CL, Zhao L, Zhao Y, Zhang H, Zhang WJ, Xu K, Li C, Pan Y, Xiao T, Pan H, Wu LF]
通讯作者:
Wu LF
共 7 条
典型深海极端环境微生物多尺度演变的特征与机制研究
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批准号:92351304
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项目类别:重大研究计划
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资助金额:320.0万元
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批准年份:2023
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负责人:张维佳
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依托单位:
深渊严格嗜压菌细胞分裂过程对高静水压极端环境的适应机制研究
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批准号:42076127
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项目类别:面上项目
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资助金额:58.0万元
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批准年份:2020
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负责人:张维佳
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依托单位:
深海细菌TMAO还原过程与响应压力调控的机理研究
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批准号:91751108
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项目类别:重大研究计划
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2017
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负责人:张维佳
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依托单位:
国内基金
海外基金