海月水母共附生微生物多样性及其对宿主横裂生殖影响机制研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 彭赛君 |
| 答辩日期 | 2024-05-20 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院烟台海岸带研究所 |
| 导师 | 董志军 |
| 关键词 | 海月水母 共附生微生物 生活史 微生物多样性 微生物功能 Aurelia sp. Associated microbes Life history Microbial diversity Microbial function |
| 学位名称 | 理学博士 |
| 学位专业 | 海洋生物学 |
| 其他题名 | Diversity of microbes associated with the moon jellyfish Aurelia coerulea and its influence mechanism on the host strobilation |
| 英文摘要 | 自然界中，真核动物与其体内外共附生微生物群落组成共生功能体，二者相互协调、共同进化；后者能够通过影响宿主行为、发育和生殖，辅助宿主营养代谢，调节宿主免疫状态和疾病发生等途径参与各种复杂的生命活动。因此，从共生功能体视角开展宿主—微生物组的互作研究对于揭示动物界复杂生物学过程的内在机制具有重要意义。然而，宿主与微生物群落共附生关系受生物和环境因子影响而呈现动态变化特征。解析共附生微生物群落组成和多样性是宿主—微生物互作研究的基础，而洞悉共附生微生物在宿主关键生活史过程中的作用机制对于宿主—微生物互作研究至关重要。钵水母作为刺胞动物的重要类群，是现存最早分化的后生动物之一，其可能代表着后生动物与微生物间共附生关系建立的早期形态。针对钵水母—微生物这一古老共生系统的研究有望为揭开后生动物共生功能体运行的祖先机制提供宝贵线索。因此，本研究以钵水母纲中分布最广泛且具有典型世代交替生活史特征的海月水母为研究对象，聚焦海月水母共附生微生物组的多样性和功能，开展了如下四部分研究工作： （1）以胶州湾夏季水母暴发期海月水母（Aurelia coerulea von Lendenfeld, 1884）成体为研究对象，利用16S rRNA基因扩增子测序研究其共附生微生物群落组成和多样性特征。研究结果表明海月水母成体共附生微生物群落与周围海水环境微生物群落的α多样性指数和基于未加权的unifrac距离的β多样性均存在显著差异，且前者具有显著更低的物种丰富度和均匀度。海月水母不同身体部位共附生微生物群落之间α多样性指数和基于未加权的unifrac距离的β多样性均相似，其中弧菌、芽孢杆菌、交替单胞菌、罗尔斯顿菌和鞘氨醇单胞菌是海月水母成体中的优势细菌属。FAPROTAX功能预测表明海月水母成体微生物组中富集病原和寄生、氮循环、芳香族化合物降解、化能异养和发酵等功能。与病原和寄生相关功能的微生物系统发育学分析表明暴发期海月水母成体与6个潜在致病菌属共附生，包括弧菌、支原体、罗尔斯顿菌、Tenacibaculum Suzuki et al., 2001、Nautella Vandecandelaere et al., 2009和不动杆菌，可能会对栖息环境中其它生物具有潜在危害。本研究表征了夏季暴发期海月水母成体共附生微生物组成和多样性，发现海月水母成体中存在潜在致病菌，可能对水产养殖构成威胁。 （2）以来自全球7个不同地理种群的海月水母（A. coerulea和Aurelia solida Browne, 1905）螅状幼体为研究对象，利用16S rRNA基因扩增子测序分析比较在相同培养条件下海月水母螅状幼体共附生微生物组成和多样性的种内和种间差异。分析显示不同地理种群和物种螅状幼体共附生微生物α多样性相似，而基于Bray-Curtis距离的β多样性则呈现种内相似性和种间显著差异性，表明宿主遗传背景是影响海月水母共附生微生物多样性的重要因素。其中，海月水母共附生古菌的相对丰度表现出种间相似性，提示古菌可能是海月水母属不同物种间较稳定的共附生微生物组分，受宿主遗传背景影响较小。7个种群海月水母螅状幼体中相对丰度最高的核心微生物是鞘氨醇单胞菌、罗尔斯顿菌和叶杆菌。FAPROTAX功能预测显示海月水母螅状幼体共附生微生物可能在宿主碳、氮元素生物循环过程中发挥重要作用。本研究揭示了海月水母宿主基因型与共附生微生物多样性的相关性，为海月水母共附生微生物宿主选择机制的存在提供参考依据。 （3）横裂生殖过程是决定水母暴发的关键转折时期，本研究利用鸟枪法宏基因组测序技术，开展了海月水母横裂生殖过程（包括螅状幼体、前期横裂体、后期横裂体和碟状幼体）共附生微生物多样性以及关键功能基因类型变化研究。研究结果表明横裂生殖过程不同生活史阶段间共附生微生物组成和功能发生显著改变，提出碟状幼体阶段的低微生物多样性可能与该阶段宿主衍生的抗菌肽aurelin的高表达相关。进一步组装了涵盖变形菌门和弯曲菌门的43个高质量的宏基因组组装基因组（MAGs），并揭示了占优势地位的弧菌属微生物的营养潜力。通过功能基因注释，本研究发现在宿主丧失摄食能力时期，海月水母共附生微生物组中与氨基酸、维生素和辅因子生物合成以及碳固定过程相关的基因丰度显著升高，表明海月水母共附生微生物具有参与宿主关键营养合成的功能潜力。另外，本研究还识别了可能在海月水母横裂生殖过程微生物定植中发挥重要作用的机制，包括真核样蛋白的生成、细菌分泌系统的阶段间差异以及限制性修饰系统和规律成簇的间隔短回文重复-Cas系统的广泛存在。本研究解析了海月水母横裂生殖过程中微生物组成和功能重组，为揭示变态发育过程中宿主—微生物互作的祖先机制提供了重要参考。 （4）基于灭菌处理手段，深入研究了海月水母共附生微生物组在横裂生殖过程中的功能。本研究设置对照组、抗生素处理组和菌群回接处理组，结合生理指标测定、16S rRNA基因扩增子测序、转录组测序、单细胞转录组测序和代谢组测序等技术，从生理表型、RNA和代谢物这三个水平上综合探究海月水母横裂生殖过程中共附生微生物对宿主的影响及其分子机制。生理指标研究结果表明灭菌处理造成的微生物消除延迟了海月水母横裂生殖的启动，并造成了横裂体裂节数和释放碟状幼体数显著减少，而这些异常可以通过原生微生物群落的重新定植而得到恢复，证明共附生微生物对宿主海月水母的正常横裂生殖具有重要作用。基于差异表达基因、差异代谢物富集分析以及基于16S rRNA基因序列的PICRUST2功能预测，本研究推测了海月水母共附生蓝细菌可能参与合成视黄醛并进而影响下游视黄酸信号级联，从而调节横裂生殖启动过程的潜在途径。此外，结合生理指标测定、刺细胞显微计数和单细胞转录组测序数据分析，本研究还发现海月水母共附生微生物可能影响宿主刺细胞的发育和分化，并进而影响水母的摄食和生长。本研究提高了我们对水母—微生物相互作用的理解，并为微生物群在影响刺细胞动态来塑造海月水母摄食行为中的作用提供了新见解。 综上所述，本论文研究了海月水母从螅状幼体到成体不同生活史阶段共附生微生物多样性，探讨了成体水母中潜在病原菌的存在和螅状幼体基因型对微生物多样性的影响。此外，针对海月水母横裂生殖关键生活史过程，开展了共附生微生物功能分析，解析了共附生微生物对海月水母营养物质合成、横裂生殖启动、摄食与生长的潜在影响机制，揭示了共附生微生物在海月水母不同生活史阶段间重组与定植的潜在机制。本论文研究结果丰富了对海洋水母和微生物互作机制的认知，为水母暴发的微生物防控策略开发提供了理论基础。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 172 |
| 源URL | [http://ir.yic.ac.cn/handle/133337/40061]  |
| 专题 | 中科院烟台海岸带研究所知识产出_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 彭赛君. 海月水母共附生微生物多样性及其对宿主横裂生殖影响机制研究[D]. 中国科学院烟台海岸带研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：烟台海岸带研究所
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