硫酸盐还原细菌共生代谢的分子机制研究

微生物共生（syntrophy)是指两种生物共居在一起并彼此依赖对方以获得所必需的代谢能量。对微生物共生代谢形成以及维持的分子机制目前知之甚少。申请人计划使用硫酸盐还原菌普通脱硫弧菌及甲烷产生菌巴氏甲烷八叠球菌这一模式共生系统来研究微生物共生关系的代谢及调控机理。研究基于以下两个科学假设：一）微生物共生代谢关系的建立和维持可能涉及到专一性的基因/蛋白，以及代谢和调控途径；二）共生关系进化过程中，共生伙伴之间有着遗传信息的交流，这些被转移的基因可能执行着和共生代谢相关的重要职能。研究将发现和鉴定在 Desulfovibrio vulgaris 纯培养和共生培养中有差异表达的各种基因/蛋白，并对响应蛋白进行进化分析，研究结果将有助于从分子水平上解析微生物共生的代谢和调控机理。从长远看，对微生物共生代谢的研究将对有助于对复杂的微生物生态系统以及微生物生产甲烷的理解。

微生物共生代谢在自然环境以及工程厌氧生物反应器中的存在和重要作用已经被广泛认可。然而，迄今为止，人们对微生物共生代谢形成以及维持的分子机制却知之甚少。为了探究这一重要生物学理论问题，本课题使用硫酸盐还原菌普通脱硫弧菌 (Desulfovibrio vulgaris) 及甲烷产生菌巴氏甲烷八叠球菌(Methanosarcina barkeri) 这一模式共生系统，围绕微生物共生机制这一科学问题，按计划展开了以下的技术开发和理论研究：1）首次使用单细胞基因分析技术研究微生物共生系统；2）代谢组研究方法的建立以及对微生物共生菌D. vulgaris 的分析；3) 单细胞全转录组技术的建立; 4）微生物共生系统的驯化和基因组分析。研究首次建立了针对原核微生物的转录组分析技术；发现了一系列和共生相关的基因，如基因簇（DVU0145，DVU0148和DVU0149）以及DVU2402；发表论文5篇, 申请专利1项。为进一步展开微生物共生系统的系统研究奠定了基础。