中度嗜盐拟诺卡氏菌嗜盐机理研究

The results from the initial extended and continuous investigations by our group suggest that moderately halophilic Nocardiopsis species have a very wide distribution in hypersaline environments, which is the long-term result of natural selection. Nocardiopsis species have well grown substrate and aerial mycelia,which morphology are different from spherical，rod-shaped bacteria，and contact area is relatively large. Moderately halophilic filamentous Nocardiopsis species have a good adaptability to extremely wide of salt concentrations, which show that Nocardiaopsis species may have unique halophilic mechanism of high salinity adaptability. The project intends to integrate the latest techniques of Genomics and Proteomics and use comparative genomics and quantitative proteomics analysis methods, to study on halophilic mechanism of moderately halophilic filamentous Nocardiopsis species，and reveal the molecular mechanism of osmotic adjustment, and then further to understand the mechanism and significance for their existence, recognize their interaction rule with high salt environments.

本课题组前期大量研究表明，拟诺卡氏菌属是高盐环境中分布最为广泛的嗜盐放线菌类群之一，这是长期自然选择的结果。拟诺卡氏属放线菌菌株具有良好的基丝和气丝，形态与杆状、球状的细菌明显不同，与外界接触面明显增大；并且中度嗜盐丝状拟诺卡氏菌，盐适应的范围极宽，表现出对环境中盐浓度很好的适应性，提示丝状拟诺卡氏菌可能具有独特的高盐适应性。本项目拟采用基因组学与蛋白质组学相结合的研究方法，从基因组和蛋白质组水平上研究中度嗜盐丝状拟诺卡氏菌的盐适应机理，揭示其在高盐环境中的渗透调节分子机理，进而解释其存在的嗜盐机制与现实意义，认识其与高盐环境的相互作用的规律。

本项目对拟诺卡氏菌属17个典型菌株的比较基因组学研究结果表明：拟诺卡氏菌固有遗传特征——高度动态的基因组和核心蛋白家族的组成及附属蛋白的选择性使用——是拟诺卡氏菌属菌株很强环境适应性的重要原因。17个典型菌株基因组序列共预测出99684个的基因，分布于22143个基因家族中，其中1993个基因家族在每个基因组中都有序列分布；基于曲线拟合模型的推测表明拟诺卡氏菌属的核心基因组包含2517个基因，而泛基因组具开放性，有超过22000个基因，并且随着每一新物种的增加，约有755个新基因扩充到泛基因组中；对核心旁系同源基因功能的分析发现，前十个基因数目最多的家族主要涉及调控因子、转运蛋白、水解酶类和活性物质的合成。依据系统进化关系，确定了拟诺卡氏菌属菌株在物种形成过程中支系特异基因的获得和丢失事件，该特异基因的获得和丢失与其特殊生境的适应性有关。本研究从基因组水平上认识拟诺卡氏菌的结构特点，探讨了拟诺卡氏菌属菌株的环境适应性机制，进一步理解了拟诺卡氏菌科菌株的物种进化过程。将为研究拟诺卡氏菌的环境适应性，尤其是高盐适应机制的研究奠定基础。为进一步的理解其存在原由和机理，对阐明生物多样性形成机制，认识生命的极限及其与环境的相互作用等规律都具有重要的科学意义。本项目已正式发表学术论文 3 篇，其中 SCI 源刊2 篇；项目组成员李宏伟博士生、姚继成硕士生均顺利获得学位。