蓝藻基因组研究进展

本文对近年来蓝藻基因组研究进展进行了综述.介绍了聚胞藻PCC6803基因组研究方法和成果,包括最佳分析软件的选择,所获得的基因组基本信息,以及后基因组研究的部分成果.蓝藻基因组间差异很大,文中介绍了其它蓝藻基因组的基本信息和在各个藻种里的重要发现.文章最后探讨了蓝藻基因组的研究意义和前景.     

Shewanella oneidensis内源性大质粒上ParE-ParD家族毒素-抗毒素系统(SO_A0088-A0087)的鉴定

毒素-抗毒素系统在原核生物中分布十分广泛, 在细菌的生命活动中扮演了重要的角色, 如维持水平基因转移元件的稳定性以及应对环境胁迫等。然而目前对于来自生态环境菌株中的毒素-抗毒素系统的研究仍较少。文章鉴定了自然水体环境来源的菌株Shewanella oneidensis MR-1 携带的内源性大质粒上的一对ParE-ParD家族Ⅱ型毒素-抗毒素系统SO_A0088-A0087。毒素SO_A0088在大肠杆菌以及原宿主S. oneidensis 内均具有明显的细胞毒性, 并导致细胞分裂存在缺陷。抗毒素SO_A0087能够完全拮抗毒素的毒性。同时, 凝胶电泳迁移率实验(electrophoretic mobility shift assay, EMSA)证实抗毒素SO_A0087能够结合自身的启动子。另外, 文章还通过易错突变的方法找到了毒素SO_A0088的3个毒性关键位点。     

海洋蓝藻基因组学研究

1994年,日本Kazusa实验室首先启动了淡水蓝藻Synechocystissp.PCC6803的基因组计划,并于1996年完成基因组测序的工作。Synechocystissp.PCC6803基因组大小为3.57 Mb,共有3 168个基因,是目前研究最多也最为透彻的蓝藻基因组。除此之外,美国能源部下属的联合基因组研究所(JointGe     

具荧光活性的节旋藻藻蓝蛋白α亚基在大肠杆菌中的重组表达

为探索节旋藻藻蓝蛋白的生物合成机理,以钝顶节旋藻(Arthrospira platensisFACHB314)基因组DNA为模板克隆了藻蓝蛋白α亚基基因cpcA、催化脱辅基蛋白与色基结合的裂合酶基因cpcE和cpcF,以及催化色基合成的铁氧蛋白氧化还原酶基因pcyA;以Synechocystissp.PCC6803基因组DNA为模板克隆了亚铁血红素氧化酶基因hox1。然后分别将cpcA、cpcE和cpcF基因构建到质粒pACYCDuet-1中,将hox1和pcyA基因构建到质粒pET-24a(+)中,用电击法将二者共同转化E.coliBL21(DE3),经诱导表达得到具有荧光活性的节旋藻藻蓝蛋白α亚基。在590 nm激发波长下,荧光发射峰为637.8 nm,证实了节旋藻自身的裂合酶CpcE和CpcF能够催化色基PCB与藻蓝蛋白脱辅基结合产生有荧光活性的藻蓝蛋白α亚基,为表达有荧光活性的藻蓝蛋白提供理论和实验基础。     

光学活性藻蓝蛋白β亚基的体内重组

在Synechococcus sp.PCC 7002中,首先发现了特异性催化脱辅基藻蓝蛋白β亚基(153位)与藻蓝胆素(phycocyanobiling, PCB)连接的裂合酶基因cpcT.本实验在Synechocystis sp.PCC 6803中找到与cpcT具有高度同源性的基因slr1649.构建2组相容的重组质粒pCDF-cpcB(C82I)或(C153I)-ho1-pcyA和pRSF-slr1649,cpcB(C82I)和cpcB(C153I)分别编码82和153位被突变的脱辅基藻蓝蛋白β亚基,slr1649编码可能的特异性裂合酶,在大肠杆菌体内生成PCB必需的2个基因(ho1编码血红素氧化酶,pcyA编码藻蓝胆素合成酶),将这些基因共同转化到大肠杆菌诱导表达,利用亲和层析柱对可溶性蛋白进行纯化,产物进行SDS-PAGE、色素蛋白锌电泳和光谱检测.结果表明基因slr1649能够特异性催化CpcB(153位)与PCB的连接,产生了具有光学活性的CpcB(C82I)-PCB,为进一步研究螺旋藻藻蓝蛋白的生物活性奠定了基础.     

高氮磷比与酸化共同作用对微小亚历山大藻生长和产毒的影响

通过实验室构建不同氮磷比条件下的酸化海水环境,培养麻痹性贝毒(paralytic shellfish toxin,PST)产毒藻微小亚历山大藻(Alexandrium minutum),采用藻细胞计数法、分光光度法、高效液相色谱-质谱法等分析方法,探讨了不同氮磷比条件下的酸化海水对微小亚历山大藻的生长、氮磷营养盐吸收、产毒等参数的影响。结果表明,在一定程度上,酸化环境对A.minutum的生长、PST的胞内累积和胞外释放有促进作用,且胞外培养液中PST含量增加的程度更高;同时,酸化海水促进胞内毒性较低的N-H类膝沟藻毒素(GTX2和GTX3)被氧化成毒性较高的N-OH类膝沟藻毒素(GTX1和GTX4),导致A.minutum的细胞毒性和培养液毒性增加。而海水中氮磷比的进一步升高,在一定程度上促进了微小亚历山大藻细胞毒素含量和毒性的增加,但并未促进其生长,且降低了藻细胞内的磷储量。     

改性粘土絮凝后残留的太平洋亚历山大藻(Alexandrium pacificum)毒素变化研究

改性粘土法是一种高效、环保的有害藻华应急处置技术,可通过絮凝作用有效去除水体中藻华生物。但利用改性粘土絮凝产毒藻后,水体中胞内外藻毒素的变化情况目前尚不清楚。文章考察了I型改性粘土(MCI)絮凝典型产毒甲藻——太平洋亚历山大藻(Alexandriumpacificum)后,水体中残留藻细胞内和胞外麻痹性贝类毒素(paralytic shellfish toxins, PSTs)含量、组分的变化情况。实验结果表明, MC I对密度为6.11×10~3 cells/mL的A. pacificum 3小时去除率达62%,水体中残留藻细胞单细胞毒素含量和PSTs组分与对照组无显著差异,但水体中总PSTs含量大大降低,其中由絮凝沉降导致的胞内PSTs被去除量占水体中PSTs总减少量的90%以上。另外,针对MC I对胞外PSTs吸附效果的研究发现,低于0.5 g/L的MC I对胞外PSTs无明显吸附效果,而在利用0.2 g/L MC I絮凝去除大部分亚历山大藻后,水体中胞外PSTs含量无明显变化。由此可以推测该用量下的MC I未造成大量藻细胞破裂向水体中释放毒素。该研究结果将为改性粘土治理有毒甲藻藻华的现场应用提供科学依据。     

北黄海海域虾夷扇贝体内脂溶性藻毒素分析

海洋中有毒藻类产生的藻毒素能够经由食物链在滤食性贝类体内累积,危及人类健康。高效液相色谱-串联质谱联用技术(HPLC-MS/MS)可以对多类脂溶性藻毒素进行同步分析,是贝类中脂溶性藻毒素检测的首选方法。本文应用液-质联用方法,对北黄海虾夷扇贝(Patinopecten yessoensis)中的脂溶性毒素进行了分析。虾夷扇贝样品于2011年采自北黄海海域,并解剖为闭壳肌、外套膜、内脏团和性腺四部分。在虾夷扇贝中共检测到大田软海绵酸(Okadaic acid,OA)、鳍藻毒素-1(Dinophysis toxin 1,DTX1)、扇贝毒素-2(Pectenotoxin 2,PTX2)和虾夷扇贝毒素(Yessotoxin,YTX)四种脂溶性毒素成分。在扇贝各组织中,内脏团毒素含量最高(OA:1.97—2.99μg/kg;DTX1:4.97—77.29μg/kg;PTX2:1.12—50.08μg/kg;YTX:825—6680μg/kg),其次是性腺和外套膜,闭壳肌中毒素含量最低。各组织之间的毒素组成情况没有明显差异,均以YTX含量最高,占脂溶性藻毒素总含量的90%以上。除YTX外,扇贝体内还存在一定量的OA、DTX1和PTX2毒素,虾夷扇贝中检出PTX2在我国系首次报道。北黄海海水样品中存在较高密度的渐尖鳍藻(Dinophysis acuminata)和倒卵形鳍藻(D.fortii),可能是虾夷扇贝体内OA,DTX1和PTX2的潜在来源。为防范虾夷扇贝中藻毒素造成危害,应进一步强化对北黄海海域贝类中藻毒素及海水中有毒藻类的监测。     

秦皇岛近岸海域脂溶性藻毒素污染状况与来源分析

2016年以来,秦皇岛地区多次出现麻痹性贝类毒素导致的中毒事件,但对于该海域脂溶性藻毒素的污染状况仍不够了解。2020—2021年,本研究通过对秦皇岛近岸海域为期1年的现场采样调查,应用高效液相色谱-质谱联用手段检测了浓缩浮游植物和贻贝(Mytilus galloprovincialis)、牡蛎(Crassostrea gigas)和扇贝(Chlamys farreri)3种贝类中脂溶性藻毒素的污染状况,并通过高通量测序手段对浮游植物样品中的潜在有毒藻种进行了分析。结果表明,在秦皇岛近海浮游植物样品和贝类中均可检出扇贝毒素-2(pectenotoxin-2,PTX2),其中2021年4—5月浓缩浮游植物样品中的PTX2毒素含量达到最高值1.36ng/L,贝类中的PTX2毒素也主要在该时段检出,4月26日3种贝类中均可检出PTX2,含量最高达到1.10μg/kg。对浮游植物样品的高通量测序结果表明,样品中检测到的鳍藻序列数与毒素含量具有显著线性相关性,推测PTX2毒素主要来自样品中的渐尖鳍藻(Dinophysis accuminata)和倒卵形鳍藻(D.fortii)等。综合一年的调查结...     

大亚湾水域两种拟菱形藻的形态学鉴定及毒素分析

对2005年分离自广东大亚湾的两种潜在产毒拟菱形藻进行了形态学观察和毒性分析.通过透射电子显微镜(TEM)观察确认藻种为细弱拟菱形藻(Pseudo-nitzschia cuspidata)和多纹拟菱形藻(P.multistriata).采用高效液相色谱法(HPLC)对这两种藻的常规培养样进行软骨藻酸毒素检测,结果均未检测到软骨藻酸.鉴于以上两种拟菱形藻存在着潜在产毒特性,不同培养条件的诱导实验尚需继续.     

海水升温对非虫黄藻共生型珊瑚Cladopsammia sp.的生理影响*

文章以非虫黄藻共生型珊瑚Cladopsammia sp.为研究对象, 将对照组的海水设置为26℃恒温, 试验组从26℃升温至33℃, 以此探究海水升温对Cladopsammia sp.代谢和钙化生理的影响。结果显示: 在高温胁迫下, 虽然Cladopsammia sp.钙化相关酶(Ca²⁺-ATP酶和Mg²⁺-ATP酶)的活性出现了负响应, 但是珊瑚的呼吸速率、生长速率、组织中总蛋白和粗脂肪都没有显著改变(p>0.05)。比较历史文献结果和本研究结果表明: Cladopsammia sp.可能由于体内没有虫黄藻共生, 表现出了比大部分虫黄藻共生珊瑚更高的温度耐受能力。     

气升式反应器培养集胞藻6803过程中光能利用特性研究

在气升式光生物反应器中,对集胞藻 6803 分批培养条件下的光衰减、平均光强、光的分布以及藻细胞生长对光能的利用特性进行分析.结果表明:Lambert-Beer 定律可较好描述细胞浓度及光程对光衰减的影响;随着藻细胞密度的增加,光生物反应器内平均光强不断减小,藻细胞的比光能吸收速率和比生长速率也不断降低,反应器中"暗区"体积在培养 6 d 后超过总体积的 80%;利用 Pirt 细胞生长生物能量模型描述比生长速率和比光能吸收速率的关系,在入射光强为 58.73 KJ/(m2(h),求得基于光能的细胞得率 YG 和维持系数 m 分别为 9.98×10-3g/kJ和0.445kJ/(g(h).     

4株海洋红球菌产类胡萝卜素分析及其全基因组测序

以源于东太平洋海水的4株红球菌分离菌Rhodococcussp. EPR-134、Rhodococcus sp. EPR-147、Rhodococcus sp. EPR-157和Rhodococcus sp. EPR-279为研究对象,开展了菌株的色素提取和色素全波长扫描,并基于全基因组测序分析了4株细菌类胡萝卜素代谢通路中的相关基因。色素全波长扫描结果显示,菌株EPR-134不具备类胡萝卜素产生能力,而其它3株红球菌能够产生类胡萝卜素,且所产类胡萝卜素组分不同。基因组分析表明,4个细菌基因组中存在较为完整的促使类胡萝卜素形成的基因簇。对菌株参与番茄红素形成的3个关键基因crt E、crt B和crt I的氨基酸序列同源性两两比对分析表明,菌株EPR-134 3个基因氨基酸序列与其它3个菌株相应基因氨基酸序列同源性最低,这可能是导致该菌株不产类胡萝卜素的关键原因。该研究结果为产类胡萝卜素红球菌的遗传改造,以及为产类胡萝卜素工程菌的构建奠定了前期基础。     

盐度和营养限制对蓝杆藻(Cyanothece. sp)113菌株生长和胞外多糖产量的影响

蓝杆藻113菌株为海洋微藻，实验室培养证明其单位体积胞外多糖产量高。用改进的F／2改良培养液培养，添加70g／L时的NaCl盐度是该菌株胞外多糖释放的最适盐度。不添加NaCl时的盐度是菌体细胞生长的最适盐度。NaNO2营养限制抑制该菌株细胞的生长，促进该菌株胞外多糖的释放。NaH2PO4营养限制抑制该菌株细胞的生长，但对胞外多糖产量的影响不明显。MgSO4营养限制则同时抑制该菌株细胞生长和胞外多糖释放。该研究结果有助于蓝杆藻113菌株胞外多糖的生产及该菌株其它方面的开发利用。     

别样玫瑰变色杆菌(Aliiroseovarius sp.)Z3基因组测序及比较基因组分析

菌株Z3是一株从凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)肠道样品中分离出的细菌。本研究利用Illumina HiSeq测序平台对其进行了测序, 用SOAPdenovo等软件进行基因组组装、系统发育分析、基因预测和功能注释, 并与别样玫瑰变色杆菌属(Aliiroseovarius)已知的5个种的模式株进行了比较基因组分析。基因组注释结果显示, Z3基因组大小为3525503bp, GC(guanylate and cytidylic acid)含量为59.4%, 预测包含3509个编码蛋白基因。通过16S rRNA基因全长序列比对、平均核苷酸一致性(ANI)、DNA-DNA杂交(DDH)和共线性分析发现, 菌株Z3与Aliiroseovarius crassostreae CV919-312T的16S rRNA基因全长序列相似度最高, 为98.20%, 与Aliiroseovarius sediminilitoris DSM 29439T的DDH和ANI值最高, 分别为26.80%和84.95%, 属于Alliroseovarius属的新种, 将其命名为Aliiroseovarius sp. Z3。经比较基因组分析发现, Aliiroseovarius sp. Z3与5个近缘的模式株细菌共享2005个直系同源核心基因簇; Z3拥有的413个独立基因经注释, 主要与碳水化合物转运与代谢、氨基酸转运与代谢、复制、重组及修复等功能相关。功能注释发现Z3具有进行完整的反硝化途径的相关基因, 其利用的可能是环境中的硝酸盐、亚硝酸盐等。本研究对Z3全基因序列的注释、功能和比较基因组的分析, 不仅丰富了Aliiroseovarius属细菌基因组资源, 还为深入研究其反硝化特性等提供了基础。     

蓝藻钙信号的研究进展

近年来对钙离子在蓝藻信号传导中的潜在作用进行了研究。大量证据表明,蓝藻能够“感知”与“区分”不同的环境刺激,并以钙瞬变的形式产生反应。这是不同的环境刺激所引起的钙离子的内流或外流的结果。由氮缺乏所引起的钙信号对丝状蓝藻鱼腥藻异型胞的分化非常关键。鱼腥藻PCC7120中钙结合蛋白（CcbP）的发现为钙信号在蓝藻中的作用提供了进一步的证据,CcbP的降解或表达下调是氮缺乏时钙信号产生的主要原因。但是与真核生物相比,蓝藻钙信号的编码与解码机制还不清楚。因此,为了解钙信号如何在蓝藻中发挥作用,还要进行系统的、深入的研究,特别是从细胞水平了解钙信号的动力学特征。     

A new pelagic Polyconchoecia Xiang, Chen and Du, 2018 (Ostracoda: Myodocopa: Halocyprididae) from the South China Sea

Halocyprid ostracods are appreciable part of ostracods floating through virtually everywhere in marine environment.In this study,we describe a new species of genus Polyconchoecia Xiang,Chen and Du,2018,tribe Conchoeciini Chavtur and Angel,2011,family Halocyprididae Dana,1853 from the middle of the South China Sea.Polyconchoecia chenii sp.nov.is very close to P.commixtus Xiang,Chen and Du,2018.But it differs from P.commixtus by the distinctions of locations of major glands of carapace and the characteristics of appendages:more posteriorly situated left asymmetric gland of carapace,no right asymmetric gland;segmented frontal organ;the endopod 2 of the first antenna with a very small seta;a-and c-setae of the first antenna with long end joint have long end joint,the b-and d-setae have no end joint,spinose e-seta without end joint;the e-seta of the second antenna is present;teeth side is distinctive;the setal counts of the mandible,maxilla,fifth limb,and sixth limb are individual.The locations of the major glands on carapace and the characteristics of the first antenna can be the key of the new species.This work is the second discovery of the genus Polyconchoecia from the world.     

三十烷醇对海带生长与产量的影响

采用不同浓度的三十烷醇 (TA)和不同的浸泡时间处理海带苗 ,探索TA对海带的效应。长达 5a的研究结果表明 ,TA对海带具有明显的促生长和提高产量的作用 ,TA浓度与浸泡时间存在着负相关性。     

Physiological changes in the coastal marine cyanobacterium Synechococcus sp. PCC 7002 exposed to low ferric ion levels

Cyanobacteria are ubiquitous in marine waters. These prokaryotic cells are of particular interest in areas of the ocean where the availability of iron may be limiting for cell growth since these organisms commonly excrete iron-specific organic ligands (siderophores) in response to low levels of iron. It is generally considered that the production of siderophores provides a competitive advantage over the competing microorganisms that do not produce these ligands.In order to ascertain the influence of iron availability on the physiology of picoplanktonic cyanobacteria we performed a series of experiments on the coastal coccoid cyanobacterium, Synechococcus sp. PCC 7002. Physiological responses were examined in cells grown in a continuous cuture system with influx media containing a range of iron concentrations (from 4.2 × 10⁻⁵ to 5.1 × 10⁻⁹ M FeCl₃). Steady-state growth rates, combined with growth data from batch cultures demonstrated a non-linear response between iron availability and cell proliferation: cell yields were considerably higher in the lowest-iron chemostats than predicted based on the yields in the higher-iron chemostats. The higher yields during low-iron growth corresponded with the production of the extracellular siderophores and the induction of the specific iron-siderophore membrane transport proteins. A comparison of iron transport and carbon acquisition rates between the low-iron grown cells and the high-iron grown cells indicates that under low-iron growth conditions, iron and carbon acquisition meets the growth demands of the cells, whereas growth at higher iron levels enabled excessive (luxury) carbon acquisition and storage. We conclude that cyanobacteria are efficiently adapted to grow in low-iron environments (providing sufficient light for photosynthesis is available) and the luxury-uptake of carbon may serve as the source material for the extracellular ligands released by these cells. Since the release of siderophores was at iron levels in excess of the levels that induce the siderophore-mediated transport of iron, cyanobacteria growing in an environment with varying levels of iron may contribute substantial amounts of their stored carbon reserves into the DOC as iron-specific ligands.