北冰洋太平洋扇区海洋沉积放线菌多样性及其产新结构化合物潜力的研究

Arctic marine ecosystems have developed in a rather cold and severe climate, suggesting that the selective pressure on microorganisms comprising parts of such systems must have been quite unique. Because of this, it seems likely that these microorganisms have developed secondary metabolites biosynthesis pathways that differ from those utilized by temperate and/or tropical microorganisms. However, the information about Arctic marine actinobacteria is rare. In this proposal, the methods of microbiology, molecular biology and medicinal chemistry will be comprehensively used to analyze the actinobacterial diversity and its potential for production of the new structural compounds in different marine surface sediments from the Pacific Arctic Ocean. The following subjects will be involved in this proposal: i) The abundance of the actinobacteria in sediments from Pacifc Arctic Ocean; ii) The diversity of the actinobacteria in sediments from Pacifc Arctic Ocean; iii) The secondary metabolite biosynthesis capacity of the actinobacteria in sediments from Pacifc Arctic Ocean; iv) The relationship between sedimentary environmental factors and the diversity of actinomycetes and their secondary metabolite synthesis capacity.These efforts will help increase our understanding on the actinobacteria form Arctic Ocean, as well as provide the theoretical basis for the further use of these actinobacterial resources.

面对北冰洋严酷的环境压力，放线菌必须拥有相当独特的生理、生化特性才能在其中生存。因此，这些放线菌可能已进化出与温带、热带放线菌不同的次生代谢产物合成途径，从而产生结构类型新颖、生物活性显著的次生代谢产物，但目前对其知之甚少。本课题将综合运用微生物学、分子生物学和药物化学的方法，分析北冰洋太平洋扇区不同海洋沉积环境中放线菌多样性及其产新结构化合物的潜力，旨在获取北冰洋太平洋扇区沉积环境放线菌资源，揭示其物种多样性和生物医药应用潜力；同时结合海洋沉积环境基础理化性质分析，研究不同沉积环境对放线菌的丰度、多样性及其次生代谢产物合成能力的潜在影响。这些工作，将为大规模获取北冰洋国际公共海域海洋放线菌资源和进一步开发利用北冰洋放线菌资源奠定理论基础。

面对北冰洋严酷的环境压力，放线菌必须拥有相当独特的生理、生化特性才能在其中生存。因此，这些放线菌可能已进化出与温带、热带放线菌不同的次生代谢产物合成途径，从而产生结构类型新颖、生物活性显著的次生代谢产物，但目前对其知之甚少。本项目利用高通量测序分析方法分析北冰洋太平洋扇区沉积环境中的多样性；应用选择性培养方法从北冰洋沉积环境中分离培养放线菌；综合运用分子生物学、基因组学和药物化学的方法，分析了北冰洋太平洋扇区不同海洋沉积环境中放线菌多样性及其产新结构化合物的潜力；同时结合海洋沉积环境基础理化性质分析，研究不同沉积环境对放线菌的丰度、多样性及其次生代谢产物合成能力的潜在影响。通过本项目的实施，获得了北冰洋楚柯奇海、加拿大海盆海洋沉积放线菌多样性信息，获得分属18个属的北极海洋沉积放线菌348株，揭示了北冰洋海洋沉积环境放线菌蕴藏着大量新基因和种类丰富、结构新颖的次级代谢产物。这些结果，丰富了我们对海洋放线菌多样性的认识，扩充了我国国际公共海域来源的放线菌资源，为进一步挖掘出新颖的基因与活性化合物，寻找新药源提供新机遇。本项目已在Marine Drugs、BMC Microbiology、极地研究等学术期刊上发表论文3篇；在International Marine Microbiology Conference 2015、中国极地科学学术年会、中国微生物学术年会和全国第九届海洋生物技术与创新药物学术会议等学术会议上报告4次；学位论文2篇。培养硕士研究生4人，2人已获得硕士学位。