低温高压诱导噬菌体SW1与深海细菌Shewanella piezotolerans WP3的相互作用关系研究

The growing numbers of studies have shown that viruses, especially bacteriophages, have played important roles in the deep-sea ecosystems, studies on the interaction between deep-sea phage and host are of great importance for thorough understanding of the deep-sea ecosystems and effective exploration of benthic biological resources. Most parts of the benthic environment of which were characterized with low temperature and high pressure. In this study, the low-temperature and high-pressure inducible filamentous phage SW1 and its deep-sea bacteria host Shewanella piezotolerans WP3 will be utilized as a modal system, and various omics methods will be applied to explore the relationship between deep-sea phage and bacterium under low temperature and high pressure conditions at transcriptional, translational and phenotypical levels, respectively. The crucial genes, proteins and metabolic pathways involved will be characterized to reconstruct the phage-host interaction model. Classic genetic means and competition experiments will be carried out to validate this model. In addition, analogy research will be performed by using the phage-host systems isolated from the same environment as SW1 and WP3. Finally, in order to accurately characterize the evolution, horizontal gene transfer and interaction between phage and host at low-temperature and high-pressure, phylogenetic analysis of the key proteins of SW1 as well as metagenomic studies of environmental viromes will be conducted accordingly.

越来越多的研究表明病毒，特别是噬菌体在深海生态系统中扮演着非常重要的角色，认识和阐明深海噬菌体与宿主的相互作用关系及机制对深入了解深海生态系统并有效地开发深海生物资源具有非常重要的意义。低温和高压是大部分深海环境的主要特点。本课题将以低温高压诱导丝状噬菌体SW1及其深海细菌宿主Shewanella piezotolerans WP3为模式系统，综合利用各种组学手段，从转录、翻译和表型三个层次上来探索低温高压条件下深海噬菌体与细菌的相互作用关系，找出在这个过程中的关键基因、蛋白质和代谢途径，构建完整的作用模型。我们将采用经典的遗传学手段和竞争性实验来对这个模型进行验证。此外，还将对分离自同一环境的病毒-宿主系统进行类比研究。最后在以上基础上，对噬菌体的关键蛋白和已有的宏病毒组进行分析，从而更准确地反映深海低温高压条件下噬菌体和宿主的演化、水平基因转移和相互作用。

病毒，特别是噬菌体在深海生态系统中扮演着非常重要的角色，认识和阐明深海噬菌体与宿主的相互作用关系及机制对深入了解深海生态系统并有效地开发深海生物资源具有非常重要的意义。低温和高压是大部分深海环境的主要特点。本课题以低温高压诱导丝状噬菌体SW1及其深海细菌宿主Shewanella piezotolerans WP3为模式系统，综合利用微生物遗传学、分子生物学等各种技术手段，探索低温高压条件下深海噬菌体与细菌的相互作用关系，找出在这个过程中的关键基因、蛋白质和代谢途径，构建完整的作用模型。本研究解析了深海噬菌体SW1的启动子结构，发现其存在长的5’非翻译区，证实了其显著影响SW1 mRNA的稳定性。研究揭示了丝状噬菌体全新的调控机制，这种由RNA介导的调控可能是深海环境中噬菌体大量产生的一种方式。通过电镜和荧光定量PCR分析，证实了SW1在深海原位环境条件下处于活跃状态。比较转录组学分析表明SW1显著影响宿主的生长和转录模式。这是首次低温高压条件下对噬菌体-宿主的相互作用关系进行探讨，揭示了噬菌体可以通过调控宿主与能量代谢相关的途径来提高深海极端环境中的生存。此外，我们还对WP3中两个关键的调控蛋白LexA和H-NS的功能进行了分析，展示了它们新的调控模式和功能。对WP3中双拷贝系统，包括双鞭毛系统和DMSO还原系统的研究则揭示了它们之间的相互作用关系及在极端环境适应中的作用。以上研究结果为阐明深海噬菌体对宿主的作用机理和生态学意义提供重要的参考。