深海热液区嗜热菌噬菌体裂解宿主的机制

In the deep-sea hydrothermal vent, there exist organisms which form the vent biological community. In this ecosystem, the chemosynthetic microorganisms are the basic part of food chain. It is believed that microorganisms are the controllers of vent ecosystem. In recent years, however, many viruses are revealed in vent ecosystem. As well known, the virus infection can lead to the lysis and death of host bacteria. Therefore the viruses should play crucial roles in vent ecosystem. Up to date, the mechanism of the lysis of vent bacterium by its bacteriophage remains to be addressed. On the basis of our previous studies, this investigation focuses on the infection and lysis processes of thermophile by its phage, effects of phage-induced secondary metabolites in the infection and lysis of thermophile by its phage and diversities of thermophiles and phages in hydrothermal vent. Our study will reveal the mechanism of infection and lysis of thermophile by its phage and the roles of phages in vent ecosystem.

在深海热液口极端环境中存在着大量的生命，形成了热液口生物群落，该群落中处于食物链最底部的是依赖于化能合成作用的微生物，因此普遍认为微生物控制着热液口生物群落的存在与否。然而，近年来研究发现，深海热液口地区存在大量的病毒。由于病毒可导致宿主细胞的裂解、死亡，所以病毒在热液口生物群落中应处于决定性的地位。但是，有关深海热液区噬菌体感染嗜热细菌导致宿主裂解的机制，目前还没有报道。因此，本项目拟在前期工作基础上，通过研究嗜热菌噬菌体感染及裂解宿主的过程、噬菌体感染相关次生代谢产物对噬菌体感染及宿主裂解的影响、深海热液口噬菌体-嗜热菌群落多样性，阐明深海热液区嗜热菌噬菌体感染导致宿主裂解的机制，从而揭示噬菌体在热液口生物群落中的作用。

深海热液口生态系统一直受到海洋生物学界的广泛关注，近年来研究发现深海热液口病毒对生物群落结构的调控起重要作用。本项目在前期研究基础上，以深海热液区噬菌体GVE2及其嗜热宿主菌Geobacillus sp. E263为材料，对GVE2裂解宿主菌的分子机制以及感染相关相关代谢产物对裂解过程的影响进行了深入研究。结果表明，噬菌体VP371蛋白与宿主菌分子伴侣蛋白和天冬氨酸转氨酶形成复合体，影响噬菌体的感染；宿主菌骨架蛋白MreB在噬菌体的吸附过程中发挥重要作用；噬菌体edolysin和holin蛋白与宿主菌ABC 转运蛋白相互作用，介导噬菌体对宿主菌的裂解。我们对噬菌体感染相关次生代谢产物在噬菌体感染和裂解中的作用进行研究，结果发现24种次生代谢产物在噬菌体感染中具有显著的表达差异，其中色醇对通过作用于宿主菌Clp蛋白抑制噬菌体的感染。我们利用深海热液口样品对嗜热菌和噬菌体的多样性进行了分析，结果表明不同海区深海热液口细菌群落组成存在相似性，但相对丰度差异较大；热液口噬菌体编码的功能基因广泛参与宿主代谢过程，并且存在噬菌体特有基因对宿主的代谢过程具有补偿作用。我们的研究结果阐明深海热液口嗜热菌噬菌体感染导致宿主裂解的机制，揭示了噬菌体在热液口生物群落中的作用。