中国黄海近海水域产蛋白酶细菌的分类、多样性以及所产蛋白酶多样性研究

There are tremendous microorganisms with high diversity in the ocean, which promote material recycling especially marine nitrogen cycle. However, the diversity of microorganisms and their extracellular proteases involved in the marine nitrogen cycle remain largely unknown. China's Yellow Sea is semi-enclosed shelf sea where current and tide is comparatively complicated. The Yellow Sea is an ideal area for studying the nitrogen cycle in the west coast of the Atlantic because of the huge nitrogen content in the sediment and abundant microbial resources. In this research, we will collect the surface seawater and sediments of the Yellow Sea at different stations in different seasons and isolate protease-producing bacteria from these samples, in order to study the diversity of the protease-producing bacteria in this area and their distribution pattern in different stations and seasons. The phylogenetic taxonomy of the strains which suspected to be novel species or genus will be investigated to discover novel taxon of novel species or genus. One or two new type proteases with novel amino acid sequences or novel catalytic properties will be discovered and identified. This study would laid a foundation for elucidation of the degradation mechanism of organic nitrogen and nitrogen cycling in the coastal waters of the Yellow Sea. The discovery of new bacteria and protease resources will provides new ways and ideas for exploiting microbial resources in the Yellow Sea of China.

海洋中存在数量巨大种类繁多的微生物，推动着海洋各物质循环尤其是氮循环的进行。但是人们对于参与海洋氮循环的微生物种群及其所分泌酶的了解非常有限。中国黄海是半封闭陆架海，海流和潮流比较复杂，沉积物中氮含量略高，使黄海蕴藏着丰富的细菌物种资源，它们是研究大西洋西海岸氮循环流动的理想区域。本项目拟自黄海近海水域中采集年度周期的表层海水和沉积物样品，从中分离产蛋白酶细菌，研究该区域产蛋白酶细菌的多样性和相关菌群随位点季节的变动；研究这些菌株所产蛋白酶的多样性及其在不同位点和季节的分布规律；对疑似细菌新种、属菌株进行系统分类学鉴定，建立多个细菌新属、种等新的分类单元；鉴定和发现1-2个具有新的氨基酸序列或新的催化特性的新型蛋白酶资源。该研究将为进一步阐明中国黄海近海有机氮的降解和氮循环机制奠定基础，发现和丰富黄海菌株资源和蛋白酶资源，为黄海微生物资源的开发利用提供新的途径和思路。

微生物及其所产蛋白酶资源的开发利用对节能环保和经济发展等具有重要意义。黄海独特的环境使其蕴藏着丰富的微生物资源。然而目前对于黄海微生物种类及其分泌蛋白酶的多样性的报道较少。本项目围绕黄海近海水域产蛋白酶细菌的分类、多样性以及所产蛋白酶多样性开展研究，取得了系列研究结果：（1）运用二代测序技术，研究了黄海沉积物中微生物的多样性。研究发现微生物相对丰度由高到低依次是Proteobacteria、Thaumarchaeota、Planctomycetes、Acidobacteria、Firmicutes、Chloroflexi、unclassified 和Bacteroidetes等，古细菌在其中占有相当高的比例。（2）共分离到可培养细菌约350株，它们分布于Proteobacteria、Firmicutes、Bacteroidetes和Actinobacteria中。表层海水中优势类群为Pseudoalteromonas、Alteromonas和Vibrio，春季和夏季优势属分别是Pseudoalteromonas和Alteromonas，秋冬季节优势属为Vibrio，冬季物种多样性最低。表层沉积物中优势类群为Vibrio、Shewanella、Bacillus和Alteromonas，Vibrio在春季的相对丰度最低。（3）共筛选到约202株产蛋白酶的细菌菌株，它们分别属于Pseudoalteromonas、Alteromonas、Vibrio、Colwellia、Idiomarina、Bacillus和Photobacterium等不同属。表层海水中Pseudoalteromonas、Alteromonas和Vibrio为产蛋白酶的优势种群，表层沉积物中产蛋白酶细菌的多样性约为表层海水中的一倍，且多样性随位点和季节变化不明显。（4）共分离到疑似细菌新物种15株，已完成2株细菌新物种的多相分类学鉴定，并且已完成对其中1株基因组测序工作。（5）对筛选到的部分细菌进行了淀粉酶和酯酶等的检测，结果发现，许多细菌可以同时产生多种胞外酶。（6）筛选到一定数量的弧菌物种资源。上述创新型研究结果为今后我们将要开展的科学研究工作提供了宝贵的资源和研究思路，而且极大的丰富了黄海微生物及其所产酶资源，为我国建设海洋强国的国家战略目标做基础研究。