南海深海有机质的生物降解过程、机制及微生物在碳循环的作用
批准号:
91228210
项目类别:
重大研究计划
资助金额:
300.0 万元
负责人:
张玉忠
依托单位:
学科分类:
生物海洋学与海洋生物资源
结题年份:
2016
批准年份:
2012
项目状态:
已结题
项目参与者:
解彬彬、苏海楠、秦启龙、赵殿丽、高翔、赵慧琳、李平一、张燕娇、周明扬
中文摘要
有机质的降解是海洋碳循环的重要环节,微生物在有机质的降解中发挥着重要作用。深海有机质大多是相对难被生物降解的有机质。本项目的总体目标是,选择相对难被生物降解的有机碳和有机氮为研究对象,分析南海深海沉积物中参与这些有机质降解的微生物种类和分泌到细胞外的水解酶的种类及其多样性,选择典型降解酶,研究其酶解这些难降解有机质的生物化学机制,揭示微生物参与的南海深海有机质水解的胞外生物学过程。对参与有机质降解的典型细菌属、种、株进行全基因组测序,通过基因组学、比较基因组学和代谢网络分析,揭示南海深海典型细菌的生命特征及细菌细胞内的有机碳、有机氮代谢的过程、机制与相互偶联。通过南海深海沉积物原位酶活性测定、原位基因表达的宏转录组学分析和实验室内典型菌株的模拟培养的基因表达与调控分析,结合生物化学机制研究,初步揭示南海深海有机碳、有机氮代谢的生物学过程、机制以及微生物在南海深海碳循环中作用。
英文摘要
Organic matter degradation is an essential step of oceanic carbon cycle. Microorganisms play an important role in oceanic organic matter degradation. Most organic matters in deep sea are reluctant to biodegradation. The general aim of this program is, with the organic carbon and organic nitrogen reluctant to biodegradation as objectives, to analyze the microorganisms and the extracellular hydrolytic enzymes involved in the degradation of these organic matters in the deep-sea sediments in the South China Sea. The biochemical mechanism of some typical enzymes to degrade the reluctant organic matters will be studied, and the extracellular process of microorganisms to participate in organic matter degradation in the deep sea of the South China Sea will be explored. The genomes of some typical bacterial genera, species and strains involved in organic matter degradation will be sequenced, and through analyses of genomics, comparative genomics and metabolism network, the life styles of typical bacteria and the intracellular metabolism process, mechanism and the coupling of organic carbon and organic nitrogen of these bacteria from the South China Sea will be uncovered. The enzymes activities in situ in the deep-sea sediments of the South China Sea will be measured, and mega transcriptomics in situ will be analyzed. The typical bacterial strains will be cultured in simulated deep sea conditions and gene expression and regulation of these strains will be analyzed. These studies, combined with the biochemical mechanism studies, will preliminary elucidate the bioprocess of metabolisms of organic carbon and organic nitrogen in the sediments and the roles of microorganisms in carbon cycling in the deep sea of the South China Sea.
微生物在南海生态系统的物质循环和能量流动中都发挥着重要作用。但是南海深海沉积物中,参与难降解的高分子量有机碳、有机氮等生物有机质的降解的微生物种类和酶类,以及降解的机制都还未被阐明。而这些问题的揭示,对于阐明南海深海碳循环及微生物在南海深海碳循环中的作用具有重要的意义。本项目:(1)采集了南海海水和沉积物样品,从中通过培养和非培养方法获取了大量产酶菌株资源和酶基因资源。(2)利用生物化学和结构生物学等手段,对获取的多个新型蛋白酶资源降解胶原蛋白、弹性蛋白和肽聚糖等海洋中难降解有机氮的酶促降解机制进行了阐明;对获取的多个新型褐藻胶裂解酶、脂酶/酯酶的性质、结构、热敏感机制以及催化机制进行了阐明。研究结果部分揭示了微生物参与的南海深海有机质的水解的过程和机制。(3)对参与有机质降解的多个典型细菌属、种进行了全基因组和转录组测序,并进行了基因组学、比较基因组学和代谢网络分析。结果揭示了南海深海典型细菌的生命特征、环境适应机制及其细胞内的有机碳、有机氮代谢的过程与机制。另外,通过对细菌的比较基因组研究提出了划分细菌属的分类标准,为海洋细菌新属的准确界定提供了量化依据,该研究成果被美国微生物学会作为研究亮点进行了报道。(4)对深海沉积物典型菌株在实验室内进行了低温高压的模拟培养和转录组学分析。研究结果初步揭示深海沉积物菌株在低温高压下的代谢网络、环境适应机制及其在深海有机碳氮降解和循环中的作用。(5)对获取的部分南海海洋细菌、酶和基因资源进行了应用基础研究,相关技术申请了多项国内外发明专利。建立的假交替单胞菌属的遗传操作体系和异源表达体系,已引起国内外同行的广泛关注。总之,本项目成果揭示了南海沉积物中参与有机质降解的典型微生物种类、酶类、及其降解有机质的机制。相关成果在海洋科学、微生物学和生物化学主流杂志上发表SCI 论文26 篇;申请国内外发明专利9项,其中已获授权3项。
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
登录
查看更多内容
A novel exopolysaccharide from deep-sea bacterium Zunongwangia profunda SM-A87: low-cost fermentation, moisture retention, and antioxidant activities
来自深海细菌 Zunongwangia profunda SM-A87 的新型胞外多糖:低成本发酵、保湿和抗氧化活性
DOI:
10.1007/s00253-014-5839-8
发表时间:
2014-05
期刊:
Applied Microbiology and Biotechnology
影响因子:
5
作者:
[Qi-Long Qin, Bai-Cheng Zhou, Yu-Zhong Zhang, Bin-Bin Xie]
通讯作者:
Bin-Bin Xie
A Proposed Genus Boundary for the Prokaryotes Based on Genomic Insights
基于基因组见解的原核生物属边界建议
DOI:
10.1128/jb.01688-14
发表时间:
2014-06-01
期刊:
JOURNAL OF BACTERIOLOGY
影响因子:
3.2
作者:
[Qin, Qi-Long, Xie, Bin-Bin, Zhang, Yu-Zhong]
通讯作者:
Zhang, Yu-Zhong
Interdomain Hydrophobic Interactions Modulate the Thermostability of Microbial Esterases from the Hormone-Sensitive Lipase Family
域间疏水相互作用调节激素敏感脂肪酶家族微生物酯酶的热稳定性
DOI:
10.1074/jbc.m115.646182
发表时间:
2015-04-24
期刊:
JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY
影响因子:
4.8
作者:
[Li, Ping-Yi, Chen, Xiu-Lan, Zhang, Xi-Ying]
通讯作者:
Zhang, Xi-Ying
Development of a genetic system for the deep-sea psychrophilic bacterium Pseudoalteromonas sp. SM9913.
深海嗜冷细菌假交替单胞菌遗传系统的开发。
DOI:
10.1186/1475-2859-13-13
发表时间:
2014-01-22
期刊:
Microbial cell factories
影响因子:
6.4
作者:
[Yu ZC, Zhao DL, Ran LY, Mi ZH, Wu ZY, Pang X, Zhang XY, Su HN, Shi M, Song XY, Xie BB, Qin QL, Zhou BC, Chen XL, Zhang YZ]
通讯作者:
Zhang YZ
DOI:
10.1039/c4nr01268b
发表时间:
2014-06
期刊:
Nanoscale
影响因子:
6.7
作者:
[H. Su;Li-Yuan Ran;Zhi-Hua Chen;Qi-Long Qin;Mei Shi;Xiao-yan Song;Xiulan Chen;Yu‐Zhong Zhang;B. Xie]
通讯作者:
H. Su;Li-Yuan Ran;Zhi-Hua Chen;Qi-Long Qin;Mei Shi;Xiao-yan Song;Xiulan Chen;Yu‐Zhong Zhang;B. Xie
共 27 条
海洋微生物驱动有机硫DMSP循环的新类群、新机制与代谢调控
-
批准号:32330001
-
项目类别:重点项目
-
资助金额:229万元
-
批准年份:2023
-
负责人:张玉忠
-
依托单位:
海洋细菌驱动重要有机氮氧化三甲胺(TMAO)生物地球化学循环的生化过程与分子机制
-
批准号:91851205
-
项目类别:重大研究计划
-
资助金额:280.0万元
-
批准年份:2018
-
负责人:张玉忠
-
依托单位:
深海细菌参与D-氨基酸再循环利用的生命过程、机制及相关酶资源应用潜力评价
-
批准号:U1706207
-
项目类别:联合基金项目
-
资助金额:282.0万元
-
批准年份:2017
-
负责人:张玉忠
-
依托单位:
玫瑰杆菌(Roseobacter)参与海洋表层有机硫DMSP循环的机制及生理生态学适应的生物化学基础
-
批准号:31630012
-
项目类别:重点项目
-
资助金额:269.0万元
-
批准年份:2016
-
负责人:张玉忠
-
依托单位:
深海适冷菌分泌的新结构的胞外多糖合成基因簇的克隆、序列分析及合成机制研究
-
批准号:30770062
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:35.0万元
-
批准年份:2007
-
负责人:张玉忠
-
依托单位:
蓝藻和红藻藻胆体中连接蛋白进化的生物信息学和比较蛋白质组学研究
-
批准号:40676078
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:35.0万元
-
批准年份:2006
-
负责人:张玉忠
-
依托单位:
生孢噬纤维菌的生活史及降解纤维素机制的AFM研究
-
批准号:30270022
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:20.0万元
-
批准年份:2002
-
负责人:张玉忠
-
依托单位:
深海适冷菌分泌的适冷蛋白酶的性质及适冷催化机理
-
批准号:40276047
-
项目类别:面上项目
-
资助金额:25.0万元
-
批准年份:2002
-
负责人:张玉忠
-
依托单位:
纤酶分子的三维构象及其对纤维素降解机制的STM研究
-
批准号:39700002
-
项目类别:青年科学基金项目
-
资助金额:10.0万元
-
批准年份:1997
-
负责人:张玉忠
-
依托单位:
国内基金
海外基金