單細(xì)胞分析普通脫硫弧菌種群及在共生中的轉(zhuǎn)錄異質(zhì)性.pdf

1、硫酸鹽還原菌（SRB）是最常見且對全球碳硫循環(huán)極其重要的一種厭氧微生物。已知SRB有兩種生命形式：硫酸鹽代謝和共生代謝。為了全面研究SRB兩種生長條件下代謝調(diào)控機(jī)制，我們發(fā)展并優(yōu)化了一套共生培養(yǎng)技術(shù)和單細(xì)胞RT-qPCR分析技術(shù)，并利用此技術(shù)以硫酸鹽還原菌的模式菌株普通脫硫弧菌（Desulfovibrio vulgaris）為研究基礎(chǔ)，對其進(jìn)行三部分對比分析：①對比分析D.vulgaris與巴氏甲烷八疊球菌（Methanosarcina

2、 barkeri）共生代謝和純培養(yǎng)硫酸鹽代謝的基因表達(dá)差異；②硫酸鹽代謝下，對比分析D.vulgaris生物膜與浮游細(xì)胞基因表達(dá)差異；③共生代謝條件下，對比分析了從原始純培養(yǎng)到共生建立及維持的進(jìn)化過程中基因表達(dá)差異。
　　結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①通過單細(xì)胞水平下對比分析研究，我們證實了在細(xì)胞中存在專一負(fù)責(zé)維持共生代謝關(guān)系的一些基因（如：基因簇（DVU0148-DVU0150）等），并發(fā)現(xiàn)D. vulgaris共生代謝與純培養(yǎng)代謝單細(xì)胞間均存在

3、明顯的異質(zhì)性，這將有助于以后對微生物共生相互關(guān)系的分子機(jī)制及其調(diào)控的理論研究；②通過單細(xì)胞水平下對比分析研究，我們發(fā)現(xiàn)在D. vulgaris生物膜和浮游培養(yǎng)中單細(xì)胞間都存在明顯的基因表達(dá)異質(zhì)性，生物膜單細(xì)胞中基因表達(dá)異質(zhì)性相對于浮游細(xì)胞明顯的增加，生物膜高度異質(zhì)性很可能造成了不同部位的細(xì)菌對金屬腐蝕的不同作用，進(jìn)一步加深了對普通脫硫弧菌生物膜形成以及造成金屬腐蝕的分子機(jī)制的理解，而且研究發(fā)現(xiàn)了三個鐵離子濃度調(diào)控相關(guān)基因（DVU1340

4、、DVU1397和DVU2571）與高濃度鐵離子環(huán)境下的D. vulgaris生物膜正常代謝的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)高濃度鐵離子很可能對D. vulgaris生物膜形成具有毒害作用；③利用單細(xì)胞基因表達(dá)分析技術(shù)，對比分析了在共生進(jìn)化50次傳代D vulgaris菌株中發(fā)現(xiàn)的8個重要突變基因在不同共生傳代階段的基因表達(dá)水平和基因表達(dá)異質(zhì)性水平，發(fā)現(xiàn)了這8個突變基因在從原始純培養(yǎng)到共生建立與維持過程中表達(dá)水平和表達(dá)異質(zhì)性水平的變化規(guī)律，首次在單細(xì)胞水平

5、上發(fā)現(xiàn)了這些基因與共生進(jìn)化代謝關(guān)系。
　　總之，通過單細(xì)胞技術(shù)和高通量測序等技術(shù)，我們首次對D. vulgaris兩類生活形式（硫酸鹽代謝和共生代謝）的轉(zhuǎn)錄水平和細(xì)胞間轉(zhuǎn)錄異質(zhì)性水平做了比較全面的對比分析，發(fā)現(xiàn)了與共生進(jìn)化調(diào)控與代謝相關(guān)的一些基因，并鑒定出了一些基因與共生代謝及生物膜的關(guān)系，對D. vulgaris遺傳、生理和進(jìn)化及該物種所處環(huán)境、同一環(huán)境下其他物種對其代謝的影響有了進(jìn)一步認(rèn)識，有助于加深對厭氧微生物SRB代謝與生