粘细菌细胞群体行为对海洋生境适应的进化基因组分析

粘细菌（Myxobacteria）复杂的多细胞群体行为既是微生物学研究的重要内容，同时也是粘细菌广泛开展研究和应用的主要限制因素。本申请在前期研究工作的基础上，以具有简单和复杂两种生活模式的海洋耐盐粘细菌Myxococcus fulvus HW-1为材料，比较HW-1和模式菌株M. xanthus DK1622在基因组组成上的差异；比较HW-1在"两栖"生活模式下的转录组差异，分析差异基因功能，分析明显横向转移基因簇的功能。以期认识粘细菌细胞群体行为对环境适应的基因组进化规律和分子机制。研究结果不但对粘细菌的细胞群体行为特性和生态适应，以及原核生物的进化做出深入的解释，并且为利用简单细胞行为开展粘细菌的遗传操作和发酵培养操作提供指导，推动粘细菌的研究和利用。

粘细菌特别的多细胞群体行为及复杂生活史指征粘细菌适应于陆地环境生活，是典型的的土壤细菌类群。橙色粘球菌HW-1是一株分离自近海的耐盐粘细菌，在海水和非海水条件培养时具有不同的生活和分化发育模式。本项目对HW-1的比较基因组及转录组分析结果显示，相比土壤粘球菌DK1622基因组，HW-1基因组中出现了一个从ori到ter的大片段倒位；发现大量与细胞群体行为相关的基因参与对盐浓度的反馈反应；基因的亚新功能化在菌株海洋适应中起重要作用。我们从多个角度对差异表达的基因功能进行了分析，发现了一批在粘细菌适应海洋环境的关键基因，并对某些重要基因的功能机制进行了深入研究。我们的研究表明，粘细菌在土壤和水环境中广泛分布，但呈现明显的种群地理性分布特征。HW-1更接近于陆地粘细菌，利用土壤粘细菌DK1622开展的海洋适应人工进化实验，也获得了与HW-1相似的不同程度适应海洋的突变株。粘细菌多细胞行为的基础是种内的细胞与细胞之间的相互识别和相互作用。我们以堆囊菌进行了种内相互作用的分析，证明其既相互竞争又共同御敌的性质；以粘球菌分析了细胞之间的相互识别，发现识别参与的基因，并对有关的基因功能和作用机制进行了研究。.同时，我们对耐碱性粘细菌纤维堆囊菌So0157-2和目前唯一发现含有质粒的粘细菌橙色粘球菌124B02的全基因组测序及注释分析，并开展了比较基因组分析、泛基因组分析以及不同条件下的转录组分析，结果亦显示环境依赖性的基因组进化和细胞群体行为进化。.研究结果超额完成计划书内容，并对更深入的粘细菌种内相互作用和相互识别问题开展了工作。