三株假交替单胞菌胞外多糖的生理功能及其合成调控研究

Bacteria can form biofilms using the secreted extracellular substances to get a better adaptation in stress environments. In Pseudoalteromonas, varieties of capsular and cellulose polysaccharide variants were produced during the formation of biofilms, which indicates the close relationships between the biosynthesis of exopolysaccharide and environmental adaptations. In this study, we focus on the study of exopolysaccharides on three Pseudoalteromonas strains SCSIO_04301, SCSIO_11900 and SM9913, which the whole genome sequences were available, isolated from different locations in marine environment. The physiological function and marine environmental adaptation of capsular polysaccharide and cellulose will be explored by gene deletion and complementation study. The regulation of capsular polysaccharide and cellulose production will be investigated in SCSIO_04301 using the molecular biology technology. The environmental adaptation of different polysaccharides will be assessed through the comparison of transcript profile between planktonic cells and pellicle cells in SCSIO_11900 and SM9913.

细菌能通过胞外物质的分泌聚集形成生物被膜，从而更好的抵抗或适应胁迫环境。海洋假交替单胞菌在生物被膜的形成过程中能产生许多荚膜多糖和纤维多糖合成发生变化的突变株，暗示其胞外多糖的合成调控与海洋环境适应性密切相关。本项目拟以分离于不同生境且具有全基因组序列的三株海洋假交替单胞菌SCSIO_04301、SCSIO_11900和SM9913为研究对象，开展其胞外多糖的生理功能以及环境适应性机制研究。运用基因敲除及回补分析三株菌株荚膜多糖和纤维多糖的生理功能，阐述细菌胞外多糖的产生与海洋环境适应性的关系；运用分子生物学方法分析鉴定SCSIO_04301中合成荚膜多糖和纤维多糖的调控因子及其调控方式，揭示宿主菌对胞外多糖合成的调控机制；运用转录组测序比较SCSIO_11900和SM9913在浮游生活和气液生物被膜形成条件下胞外多糖基因簇的转录水平，阐述不同胞外多糖的分泌与海洋环境适应性的关系。

细菌能通过分泌胞外多糖等物质聚集形成生物被膜，从而更好的抵抗或适应胁迫环境。但有关海洋细菌的胞外多糖功能和调控研究工作还有待深入开展。本项目主要围绕三株海洋假交替单胞菌SCSIO_04301、SCSIO_11900和SM9913开展其胞外多糖的生理功能以及环境适应性机制研究。研究的结果及意义主要包括：（1）揭示SCSIO_04301荚膜多糖和纤维多糖的生理功能。两种多糖与生物被膜的形成、抗生素抵抗作用、污损生物的附着和矿化作用密切相关；（2）鉴定SCSIO_04301荚膜多糖的调控因子和调控方式。SCSIO_04301的荚膜多糖基因簇（包含28个基因）中有9个基因是IS转座子的热门插入靶点，IS转座在菌落生物被膜的形成过程中被高频率的诱导，并受recA基因的表达调控，IS的特异性插入可降低荚膜多糖的表达；（3）鉴定SCSIO_04301纤维多糖的调控因子和调控方式。SCSIO_04301的纤维多糖基因簇（包含8个基因）受wspF基因的表达调控，wspF基因中超过10个不同位置在气液生物被膜的形成过程中被高频率的诱导突变，包括碱基缺失、插入和替换。wspF基因突变导致的功能缺失可促进纤维多糖的表达；（4）发现SCSIO_11900（分离于浅海4米）和SM9913（分离于深海1855米）的基因组高度相似，但基因组中均无编码纤维多糖的基因簇。转录组数据表明，两者的荚膜多糖基因簇的转录水平在生物被膜形成过程中无明显变化；（5）发现SCSIO_04301和SM9913的黑色素的产生受生物被膜的形成调控，SCSIO_04301的hmgA基因能自发产生突变诱导黑色素产生，而SM9913能通过调控melA的转录和表达促进黑色素产生。黑色素的产生能降低海洋污损生物在固体表面的附着，另外还会加速金属表面的腐蚀。本项目执行期间，共发表4篇SCI论文，影响因子全部大于3，包括FEMS Microbiology Ecology和Corrosion Science等权威期刊，除发表学术论文外，协助培养硕士和博士研究生共2名。