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基于CAZymes生态多样性分析珠江口多糖与细菌的相互作用关系

批准号:
42073078
项目类别:
面上项目
资助金额:
61.0 万元
负责人:
孙翠慈
学科分类:
生物地球化学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
孙翠慈

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
源于海洋初级生产的多糖是细菌的重要碳源,细菌降解多糖是通过碳水化合物活性酶(CAZymes)介导的,近来发现海洋不同细菌的CAZymes组成与丰度有显著差异,存在“糖生态位”。然而,对富含多糖的河口细菌CAZymes生态多样性以及多糖对细菌群落的构建作用却知之甚少。本项目以珠江口为例,对水体和沉积物的细菌的CAZymes生态多样性进行研究。同时,通过加富培养实验,将不同性质的多糖添加到沉积物表层,重点研究沉积物中多糖与细菌相互关系。采用生物地球化学、分子生物学和宏基因组等技术,确定降解多糖优势菌群及其CAZymes酶家族的组成、丰度及变化特征,并结合多元统计学方法,分析环境因子与细菌群落组成和CAZymes多样性的相关性,揭示珠江口多糖对细菌CAZymes基因多态性的自然选择机制和对菌群结构调节规律。
英文摘要
Massive releases of organic substrates during marine algal blooms trigger growth of many clades of heterotrophic bacteria. Algal polysaccharides represent the most diverse and structurally complex class of these substrates.The enzymes that drive the synthesis and degradation of all the carbohydrates are named carbohydrate-active enzymes (CAZymes). Although partially studied on a distinct CAZymes patterns in bacteria on the taxonomic but also on the functional level during algal bloom from marine environments, diversity of microbial carbohydrate-active enzymes in estuary remain largely unknown. In this study, we will investegate the diversity of bacterial CAZymes associated with water and sediment samples from the Pearl River Estuary in situ. Focusing on the interaction between polysaccharides and bacteria, experiment will be performed by adding two different polysaccharides to the surface of sediment. We will compare metagenome-assembled genomes to identify the composition and dynamic changes of the dominant polysaccharide-degrading bacteria and their CAZymes. The relationship between environmental factors and bacterial community associated with CAZymes diversity will be analyzed with multivariate statistical methods. This study will reveal the natural selection mechanism of polysaccharide niches on bacterial CAZymes diversity and their forces on shaping the bacterial community structure.The results of the study will have important implications on an in-depth understanding of the carbon cycle in estuarine system.
珠江口水体和沉积物中大分子碳水化合物是有机碳中重要组成部分,本研究旨在探究微生物碳水化合物酶(CAZymes)在珠江口多糖类降解与代谢过程中的特征,揭示其在河口微生物群落构建及其在碳循环过程中的作用。项目采用宏基因组组装技术,分别针对水体和沉积物开展相关研究:(1)分析了珠江口水体中不同粒径下微生物结构的变化,以及CAZymes表征的多糖生态位在时间和空间上的特征。水柱中自由生活(0.2-3μm)和颗粒附着(>3μm)细菌的CAZymes基因组成在垂直和水平空间、河口上游和下游、季节之间存在显著差异,反映了粒径上的多糖生态位分离和选择性降解。在藻类生产对有机碳贡献较高区域中,水体优势细菌类群中富集了最丰富的CAZymes和转运蛋白基因以及最广泛的多糖生态位,表明它们在有机碳利用中的潜在关键作用,多糖生态位的高度分化和多糖组成对珠江口沿岸水域的细菌群落构建具有确定性作用。(2)进行了微宇宙实验,模拟河口常见多糖(纤维素、几丁质、藻源岩藻多糖和昆布多糖)在沉积物表层的富集,发现多糖对微生物具有趋化运动诱导作用,利用CAZymes降解高分子碳水化合物以及糖转运蛋白的协同作用影响微生物生态位。对高分子碳水化合物的化学感应和运动性可直接由高丰度CAZymes的细菌类群触发,此类微生物主要以拟杆菌Bacteroidota为代表,其通过IX型分泌系统分泌大量CAZymes和滑行运动蛋白(SprB)等,使其占据主要生态位。此外,对多糖的趋化运动也可由具有丰富多样性糖转运体的微生物群落触发,此类微生物以Bacillota、Thermodesulfobacteria和Spirochaetota等为代表,通过鞭毛马达运动的可对多糖及其分解产物产生趋化运动。综上,对多糖具有趋化和运动的细菌与不同糖类相互作用并响应,在CAZymes和糖转运蛋白的协同作用下,从而特异性降解、利用高分子碳水化合物,并促进多糖生态位分离、提升细菌多样性、改变沉积物中碳、氮、硫循环。本研究结果对于理解河口中群落内部复杂的生态相互作用以及碳循环具有重要参考意义,有助于提高近海生物地球化学循环的认识。
珠江口生源凝胶聚合颗粒物对氮生物地球化学循环的作用研究
  • 批准号:
    2020A151501137
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    10.0万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    孙翠慈
  • 依托单位:
珠江口酸性多糖的时空分布及其转化迁移规律研究
  • 批准号:
    41106106
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万元
  • 批准年份:
    2011
  • 负责人:
    孙翠慈
  • 依托单位:
国内基金
海外基金