系统资源微生物学指导下的放线菌假诺卡亚目再分类研究

对于放线菌分类学的研究始终围绕着两个中心问题展开：1.寻找证据充分的分类学标准，并对现有类群进行归类，包括新菌株的鉴定；2.研究放线菌中的各个类群彼此之间的进化关系，以及从祖先物种的演化路径。本文拟以系统分类学理论指导下的系统资源微生物学研究为先导，发现放线菌特定类群"假诺卡氏亚目"的新菌株，从新资源入手，借助特征性蛋白质分析方法和"系统进化组学"提供的便利，对假诺卡氏亚目进行再分类研究。本研究分为以下三个层次：1.对可获得的特殊生境的样品进行纯培养放线菌分离，重点针对诺卡氏菌形放线菌，对新菌株进行多相分类研究；2.对重点样品进行免培养多样性研究，结合纯培养数据分析微生物特定类群群落结构多样性；3.对数据库中假诺卡氏亚目全基因组测序菌株进行比较基因组学分析，发现该亚目的特征性蛋白质，并以之为新的分类学标准对假诺卡氏亚目进行再分类研究。

背景：放线菌是重要的生物活性物质资源，也是非常有价值的模型微生物，对于研究原核生物分类学以及种群结构的起源与进化有重要的意义。假诺卡氏菌在放线菌门中的分类地位为假诺卡氏菌目，与链霉菌目、小单孢菌目一起构成了放线菌中产生抗生素种类最多的类群。但是目前对于这几个类群的放线菌还没有一个清晰的系统发育学框架，可以有效地揭示抗生素的生物合成途径在不同微生物类群中分布的规律性。.方向：本研究从纯培养新菌株资源的分离入手，计划获得一批假诺卡氏菌目的新菌株，并通过比较基因组学分析，寻找该类群的新的分类学标志物，对这个类群的微生物进行再分类研究。.主要内容及结果：本研究完成了假诺卡氏菌目的“甲醇拟无枝菌酸菌”标准菌株的全基因组测序，并与属于该目的其它已发表基因组进行比较基因组学分析。结果发现该类群遗传多样性及其丰富，在“目”这一分类级别上，既没有明显的特征性蛋白质也没有具有普遍意义的插入缺失片段。本研究获得了南中国海沉积物样品和新疆沙漠地区的极端干燥土壤样品。但是纯培养和免培养多样性分析结果发现，这些环境样品中的假诺卡氏菌资源匮乏。但是本研究从海洋样品中发现了大量的疣孢菌新菌株。疣孢菌属作为小单孢菌目放线菌也存在大量的分类学问题未能解决。这个类群因为近年来从中获得了很多结构新颖的抗生素和抗癌药物，如深海霉素等，而受到关注。本研究发表了疣孢菌的新菌株，并将MLSA技术支持的重组分析和系统发育分析应用于疣孢菌属及其相关菌属的多相分类研究。研究发现疣孢菌是个重组高发的类群，没有明显的生物地理学分布，这类微生物群落结构的形成和维系主要依靠同源重组等遗传学因素。结果还显示了疣孢菌在小单孢菌目分化的早期发生了与“放线短链孢菌属”之间的重组事件，因此疣孢菌可能是个古老的微生物类群，基因组中有大量的外来序列和外来表型特征。这些表征保留了很多古老的特征，古老的化合物结构，很可能成为新的天然药物资源。.科学意义：本研究重新构建了疣孢菌属及其相关菌属系统发育学框架，为该类群新菌种资源的开发和描述奠定了基础，也为放线菌其它类群（如假诺卡氏菌目）的分类学研究提供了先例。