南海北部近岸与印度洋蓝细菌病毒的多样性、生态分布与基因组学研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 孙英婷 |
| 答辩日期 | 2019 |
| 授予单位 | 南海海洋研究所 |
| 导师 | 张偲,黄思军 |
| 关键词 | 海洋蓝细菌，蓝细菌噬菌体，多样性与生态分布，基因组，转录组 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 海洋生物学 |
| 其他题名 | Diversity, ecological distribution and genomics of cyanophages in the coastal waters of northern South China Sea and in the Indian Ocean |
| 英文摘要 | 原绿球藻与聚球藻是海洋微型蓝细菌中最重要的两个属，同时也是海洋中最重要的初级生产者。根据对光强的适应性，原绿球藻分为高光适应型原绿球藻与低光适应型原绿球藻。聚球藻含有20多个已知的基因型，其中类群I-IV在海洋环境中丰度最高。感染海洋微型蓝细菌的噬菌体被称为蓝细菌噬菌体（cyanophage），通过裂解宿主细胞影响其丰度、分布、多样性。蓝细菌噬菌体与蓝细菌之间的相互作用影响二者之间的协同进化。已发现的海洋蓝细菌噬菌体都来自有尾病毒目的肌尾、短尾、长尾病毒科。科学家对蓝细菌肌尾噬菌体与短尾噬菌体的生理、遗传多样性的研究已经取得了显著进展，但对长尾噬菌体的研究还很缺乏。并且关于我国南海及其邻近大洋蓝细菌噬菌体的研究也非常缺乏。目前，蓝细菌噬菌体转录组学的研究已经取得一定成果，但并不全面。因此，本论文对海洋蓝细菌的多样性、基因组与转录组学开展研究，聚焦于蓝细菌肌尾噬菌体与蓝细菌短尾噬菌体的多样性与分布、蓝细菌与噬菌体的双重转录组学、长尾噬菌体的生理特点。具体如下：（1）使用6株聚球藻藻株（WH7803、WH7805、WH8102、CB0101、PCC7002与SB1501）对中国南海三亚湾与印度洋进行蓝细菌噬菌体滴度与多样性调查，共获得约9000个噬菌体空斑或裂解液。发现三亚湾可感染聚球藻WH7803、WH7805与CB0101的噬菌体丰度显著高于印度洋，且具有显著的季节分布特点，即冬季丰度最低。蓝细菌肌尾噬菌体系统发育分析揭示其 g20 序列分布在类群I-III，揭示T4-like蓝细菌肌尾噬菌体的交叉感染能力具有一定的局限性；psbA 序列分布在5个已知类群与2个新类群中。三亚湾一年四个季度中占据优势地位的蓝细菌肌尾噬菌体中g20 基因与psbA基因序列系统发育类群分别为clade II与Syn-myo（来自聚球藻的psbA序列进化分支），而沿着印度洋真光层垂直断面具有典型的系统发育类群的变迁，g20与psbA序列的各系统发育类群具有显著的深度分布相关性，揭示宿主的丰度分布限制了噬菌体的丰度分布，噬菌体因宿主形成明确的生态格局，这在一定程度上支持了假说“病毒跟着宿主走”。基于g20基因与psbA基因的生物地理分布聚类分析（nMDS）揭示二者具有极强的相关性，据此我们推测，虽然psbA基因是水平基因转移自宿主的光合作用基因，但病毒获得此基因后已经与自身的结构基因（g20）共进化，二者具有相似的选择压力。（2）同步研究蓝细菌的多样性、丰度与蓝细菌短尾噬菌体的多样性。基于16S-23S rRNA ITS建立克隆文库分析蓝细菌的多样性，同时进行qPCR定量分析测定蓝细菌的丰度。三亚湾一年四个季度中占据优势地位的微型蓝细菌为聚球藻子类群II，沿着垂直断面存在一个典型的种群变化，即从HL-原绿球藻至LL-原绿球藻的变迁。基于蓝细菌短尾噬菌体的DNA聚合酶（DNA polymerase, pol）系统发育分析揭示其遗传多样性更高，超出我们的预料，约三分之一的系统发育类群是首次发现。中国南海三亚湾微型蓝细菌或蓝细菌短尾噬菌体群落没有明显的季节变化模式，而近岸、开阔大洋真光层上层、中层至底层水体具有不同世系的蓝细菌短尾噬菌体。真光层中层水体中微型蓝细菌、蓝细菌短尾噬菌体的多样性指数最高，而真光层上层水体中微型蓝细菌、蓝细菌短尾噬菌体的多样性指数最低，这反映了宿主与病毒生态上的协同分布模式。本研究深入论证了蓝细菌与蓝细菌短尾噬菌体均具有沿水层垂直分布模式，且二者具有高度的相关性。（3）研究了一株感染聚球藻菌株WH7803的蓝细菌噬菌体S-SBP1的形态、生理与基因组特点。形态上S-SBP1是一株短尾病毒，其基因组与已发表的20株T7-like蓝细菌短尾噬菌体基因组具有高度相似性。全基因组系统发育分析表明S-SBP1分布于子类群MPP-B4，与已测序并公开了基因组的聚球藻短尾病毒S-RIP2具有最近的亲缘关系。WH7803与S-SBP1感染期间全基因组表达的研究为了解协同进化过程提供了新视角。在感染期间，大多数噬菌体基因依其在基因组上的位置从左到右发生线性转录；宿主WH7803基因组中有32个基因的表达上调，这可能是宿主细胞对噬菌体感染的压力响应。感染期间这些宿主基因的激活反映了宿主与噬菌体基因组的协同进化。本研究中聚球藻短尾病毒与其聚球藻宿主之间的双重转录组的时间序列关系与已报道的原绿球藻短尾病毒及其宿主的转录时序具有极高的相似性，据此可以推测同类病毒的感染过程具有固定程序过程，而不同宿主被同类病毒感染的转录响应也类似。虽然病毒具有极高的变异性，但是保持一定的保守性有助于建立稳定的宿主-病毒关系，有利于病毒种群的维持。（4）在该研究中，本人于中国南海三亚湾分离到一株蓝细菌，经过形态观察、16S-23S rRNA ITS系统发育分析表明其为一株绿色线型聚球藻，菌株号为SB1501。以SB1501为宿主，与中国南海三亚湾分离到2株蓝细菌长尾噬菌体，命名为S-SBS1、S-SBS2，并确定了其形态与生理特点。 |
| 源URL | [http://ir.scsio.ac.cn/handle/344004/18128]  |
| 专题 | 南海海洋研究所_学位论文（博士） |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 孙英婷. 南海北部近岸与印度洋蓝细菌病毒的多样性、生态分布与基因组学研究[D]. 南海海洋研究所. 2019. |
入库方式： OAI收割
来源：南海海洋研究所
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