深海热液环境微生物氢酶的多样性分析

氢酶是产氢微生物催化产氢的关键酶，在氢的制备及其应用技术研究开发领域中具有重要的作用。深海热液环境蕴含着丰富的能在高温、高压、高金属含量等极端环境下生存的极端微生物，有着与陆源微生物不同的微生物资源，可作为微生物氢酶的重要资源宝库,但是目前国内外缺乏对热液环境微生物氢酶的研究。本项目将利用多种分子生态学方法对不同深海热液环境中微生物氢酶的多样性，丰度和酶学特性进行研究。研究结果阐明深海热液环境微生物氢酶的存在类型，分布情况，在该环境氢代谢过程中发挥的作用;研究结果进一步加深对氢酶参与氢代谢机制的认识。

本研究首次对深海热液环境氢代谢微生物及氢酶的多样性进行了研究。基于可培养方法从不同深海热液环境样品，包括西南印度洋，南大西洋，东太平洋等进行了参与氢代谢微生物的分离培养。通过对获得的7个高温产氢富集培养物的微生物进行多样性分析，发现Calroanaerobacter类群的微生物普遍存在于热液环境，可能在该环境氢气的产生过程中发挥重要的作用。进一步分离纯化获得3株高温产氢菌，系统进化分析表明这些菌株均属于Caloranaerobacter属。 此外，还获得28株参与氢代谢微生物。基于16S rRNA基因的序列比对表明，这些菌株与已发表模式菌之间的序列同源性介于90%-99%。目前已完成了4个新种微生物的分类鉴定。深入研究了高温产氢菌Caloranaerobacter属微生物的发酵产氢特点。菌株 H53214, H363, DY22619和模式菌株MV1087的最高产氢得率分别为0.11, 1.21, 3.13 和 2.85 mol H2 / mol 葡萄糖，表明Caloranaerobacter属微生物具有很好的高温产氢潜力。完成菌株Kosmotoga pacifica SLHLJ1的基因组完成图分析，完成菌株Caloranaerobacter ferrireducens DY22619，Caloranaerobacter sp. H53214，Defluviimonas indicum 20V17的基因组草图分析。基于基因组数据分析，对Caloranaerobacter属氢酶的多样性和进化关系进行了深入研究。结果表明Caloranaerobacter属的氢酶仅包含[FeFe]-氢酶。该酶含有多样性的分子结构，分别以单聚体，双聚体和三聚体形式存在。Caloranaerobacter属含有多种类型的氢酶，这可能赋予了该属微生物在热液环境这种极端环境下生存优势。.本研究基于可培养方法首次对热液环境氢代谢微生物多样性进行了调查，有助于阐明热液生态系统中生物产氢过程。目前为止，获得的Caloranaerobacter属所有菌株均来自深海热液环境，推测Caloranaerobacter属微生物可能是热液环境专属微生物，这是第一次描述Caloranaerobacter属, 具有高温产氢的潜力。因此本次研究获得的氢酶资源在深海基因资源开发方面具有很好的应用前景。.