菠萝型多细胞趋磁原核生物分类位置与进化起源研究

多细胞趋磁原核生物（Multicellular magnetotactic prokaryotes，MMPs）是多个原核细胞组成的特殊趋磁生物，仅分布在海洋环境，属δ-变形菌纲脱硫杆菌科。无生理生化特征使MMPs分类位置未定。MMPs在结构、运动和分裂中的高度组织性及无单细胞阶段的生活史显示多细胞生物的特征，不是多个细胞的简单聚集。但由于无细胞分化证据，MMPs不符合多细胞生物的传统定义。作为多细胞趋磁生物，MMPs是先形成聚集体还是先具趋磁性成为生物磁学与生物进化学面临的共同问题。在我国黄海发现的菠萝型MMPs，在结构、运动与分裂上细胞极性显著，比广泛报道的玫瑰型MMPs复杂性更高，多细胞特点更突出，其两种细胞形态为MMPs细胞分化研究提供突破点。研究菠萝型MMPs的系统发育多样性、生理生化特征、多细胞形式的形成机制与趋磁性的来源，将能确定其分类位置与进化起源，具有重要的基础生物学意义。

多细胞趋磁原核生物（multicellular magnetotactic prokaryotes）是趋磁细菌中一类分类位置待定的特殊微生物。本项目以潮间带菠萝型MMPs为核心，基于显微结构，系统发育多样性和基因组特征等多方面信息研究其多细胞生物特征，探讨MMPs分类位置和进化起源。根据菠萝型MMPs时空分布与环境理化因子的相关性，并参考已有趋磁细菌的培养条件，进行菠萝型MMPs的培养，实现对其进行阶段性培养。利用超薄切片和电子显微镜技术研究菠萝型MMPs的超微结构，发现MMPs不是多个细胞的简单聚集体，而是由外膜包裹的多环细胞交错相连而成的具有高度组织性的多细胞生物，菠萝型MMPs不同的细胞形态，可能具有初步的细胞分化，其周生鞭毛与其复杂的运动方式及裂解后的MMPs不具有运动性充分说明了细胞间的良好协调合作能力，具有多细胞生物的特征，其可能是通过分裂产物不分离产生多细胞形式。通过对潮间带不同底质MMPs进行系统发育学研究，发现了桑葚型MMPs的两个新种，菠萝型MMPs的4个新种和1种松球型MMPs。基于这三类MMPs在属水平上的多样性及其在整体形态，细胞排列，运动和分裂方式等与脱硫杆菌目(Desulfobacterales)其他细菌的显著差异，将MMPs划归为脱硫杆菌目的一个新科。通过显微操作、全基因组扩增，获得一定量菠萝型MMPs的DNA，拼接后得到大小为13.9 M的基因组，找到了磁小体岛上与合成铁氧化物型磁小体相关的部分基因，分析发现其与单细胞趋磁细菌 RS-1亲缘关系最近，推测菠萝型MMPs可能通过分裂产物不分离的方式由单细胞趋磁细菌进化而来。