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科研动态
代表成果
海洋生物学与生物技术功能实验室张玉忠课题组在海洋微生物基因组进化研究方面取得重要进展
来源:海洋生物学与生物技术功能实验室     通讯员:秦启龙     2019-01-28 20:28:31
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2019年1月15日,青岛海洋科学与技术试点国家实验室(以下简称“海洋试点国家实验室”)海洋生物学与生物技术功能实验室张玉忠教授团队在国际微生物学领域顶级期刊mBio上发表了题为“Trophic Specialization Results in Genomic Reduction in Free-Living Marine Idiomarina Bacteria”的研究论文。该研究首次提出自由生活类型海洋细菌在进化过程中基因组大小缩减与其营养类型特化相关的假说。


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图1. Idiomarina属的系统发育及生理分析

 

细菌基因组大小是多变的,范围从0.5 Mbp到10 Mbp不等。通常认为细菌可以通过基因水平转移和基因复制而使基因组变大,具有较大基因组的细菌可以更好地应对多变的环境。同时细菌可以通过丢失部分基因而使基因组变小,而具有较小基因组的细菌往往更倾向于生活在相对固定的环境中。目前通常用基因组的流线型假说来解释自由生活型细菌的基因组减小现象,即在营养贫瘠的环境中,通过减小基因组来减少能量消耗,提高生存竞争力。而具有流线型基因组的微生物通常含有较小的细胞和基因组、较低的GC含量、极低的生长速率、较少的非编码基因数量等特征。

在研究Idiomarina属细菌时发现,该属细菌与同目的其他属相比具有较小的基因组(图1A),通过比较基因组学分析发现该属细菌基因组特征与典型的流线型基因组细菌不同,通过实验也表现出与流线型基因组细菌不同的生理特征(图1B, C)。进一步实验分析表明, Idiomarina属细菌在进化过程中丢失了糖利用相关基因,而强化了蛋白利用的能力(图2)。据此提出了一个新的假说即自由生活型海洋细菌可以通过营养特化减小基因组大小的进化方式。这种基因组进化假说在另外一个自由生活的海洋细菌属Kangiella中得到了验证,表明这种进化模式可能是普遍存在的。


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图2. Idiomarina属细菌丢失基因和获得基因的COG功能分析以及与相关菌株转运蛋白的热图比较分析


张玉忠教授团队成员秦启龙副教授为本文第一作者,张玉忠教授、以色列的Aharon Oren教授为论文的通讯作者。该研究工作获得国家自然科学基金、国家重点研发计划、海洋试点国家实验室“鳌山人才”计划等项目资助。张玉忠教授团队长期致力于海洋极端环境微生物生命过程及环境适应与进化机制的研究,近年来在PNAS、ISME J、mBio、Mol Microbiol、J Biol Chem、Environ Microbiol等国际微生物学、生物化学领域的主流杂志上发表一系列研究论文,产生了较大的国际、国内影响。


文章链接:https://mbio.asm.org/content/10/1/e02545-18

 

(责任编辑:刘苗)


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