地衣共生系统中地衣细菌群落结构及其功能研究

Non-photoautotrophic bacteriobionts (Lichen bacteria) are increasingly regarded as the integral lichen symbionts in addition to the photobionts and mycobionts, which complement the nitrogen budget of lichen thallus. Our previous study has shown that lichen secondary compounds play key roles in the formation of bacteriobiont community. This important discovery uncovers many new scientific problems: ①The composition of bacteriobiont communities in chlorolichens and cyanolichens, which both have no lichen secondary compound. ②The effect on distribution of bacteriobionts in lichen thallus by lichen secondary compounds. ③The differences of selectivity for Lichen bacteria among lichen secondary compounds. In order to thoroughly clarify the correlation between lichen secondary compounds and Lichen bacteria, the microbial communities and their potential biological activities in medicinal lichen, we will study these scientific questions above mentioned by the technologies of metagenomic shotgun sequencing, Illumina MiSeq for envirenmental bacteria 16S rDNA, isolation and culture, molecular identification, TLC, and HPLC. These studies will systematically elucidate the role and function of lichen bacterial communities in lichen ecosystems.

越来越多的证据表明地衣共生系统中除了共生真菌、光合共生物以外，还包括为地衣体提供氮素营养的非光合共生细菌（地衣细菌）。我们的前期研究首次证明了共生真菌以累积次生代谢产物为共生细菌提供碳源的方式，控制着地衣共生细菌群落的构成。这一重要自然现象的发现提出了许多有关地衣次生代谢产物与地衣细菌群落相互关系的新课题：①无地衣次生代谢产物的绿藻地衣和蓝细菌地衣中共生细菌的群落构成；②地衣次生代谢产物对共生细菌在地衣体中分布状况的影响；③不同地衣次生代谢产物对地衣细菌的选择作用有何异同；本项目拟应用宏基因组学技术、环境细菌16S rDNA高通量基因测序技术、细菌的分离培养与分子鉴定技术、以及薄层色谱和高效液相色谱等技术就上述科学问题展开研究，以期分析地衣次生代谢产物与地衣细菌的相互关系，以及药用地衣中微生物群落及其潜在生物活性功能，系统地阐明地衣细菌群落在地衣生态系统中作用和功能。

地衣体是一个复杂的微生态共生系统，课题组前期研究表明地衣共生真菌产生次生代谢产物为共生细菌提供碳源，并影响着共生细菌群落。本项目继续通过细菌高通量测序技术、分离培养与鉴定技术等对地衣共生系统中地衣细菌群落结构及其功能展开深入研究，结果表明：地衣中存在着各种自由生活的地衣共生细菌，地衣共生细菌并没有与共生真菌和光合共生物（绿藻和蓝藻）形成专性共生关系，地衣次生代谢产物作为主因子，地理位置环境、共生藻类型、基质等作为次因子，调控着地衣共生细菌群落的构成。地衣共生细菌群落中以α-变形菌纲根瘤菌目为最优势的目，主要功能为固氮作用；放线菌纲作为地衣共生细菌的次优势种群，对其他共生者具有保护功能；地衣中还存在大量兼具纤维素降解、苯酚降解、溶磷能力和固氮能力的非光合细菌。药用地衣树花属微生物中真菌类型以子囊菌、散囊菌为主，细菌类型中变形菌、酸杆菌等较为丰富，地衣微生物主要参与固碳、固氮等生态功能。地衣细菌中还存在大量未分类种群，通过多相分类方法对地衣细菌新种进行了鉴定，并结合基因组测序对其次生代谢产物进行初步研究。本项目通过研究地衣细菌的种类和潜在的生物学功能，深入探讨地衣细菌群落与宿主的关系，为探讨地衣细菌在地衣共生系统中分布和功能提供了重要的实验数据。项目资助发表SCI论文1篇。培养了4名硕士生。