海洋玫瑰杆菌与其病毒间相互关系的研究

病毒作为海洋中丰度最高的生物体，在调节微生物种群大小、结构与多样性，促进微生物间遗传物质的传递与协同进化、以及参与海洋生物地球化学循环等方面起着重要作用。玫瑰杆菌是近海环境中的一类优势细菌种群，具有十分重要的生态地位，然而人们对其病毒却了解甚少。本项目拟从以下方面开展研究：（1）自厦门近海及河口环境中分离玫瑰杆菌及其病毒，建立多个玫瑰杆菌的宿主-病毒体系；（2）对分离的玫瑰杆菌病毒进行全面鉴定，并选择2-3株重要病毒进行全基因组测序与分析，探讨宿主菌与病毒间的横向基因传递及其协同进化；（3）结合使用原子力显微镜、激光共聚焦显微镜与比较蛋白质组学技术研究病毒侵染宿主全过程的动态变化现象与机理、以及某些宿主菌突变体应对病毒侵染的抗性机制。充分了解玫瑰杆菌病毒的生命特点，及其在生理生化、基因组成与协同进化等方面对玫瑰杆菌的影响，为进一步揭示病毒在海洋生态系统中的重要地位和作用提供新的认识和见解。

病毒是海洋中丰度最高的生物体，在调节微生物种群大小、结构与多样性，促进微生物间遗传物质的传递与协同进化、以及参与海洋生物地球化学循环等方面起着重要作用。玫瑰杆菌是近海环境中的一类优势细菌种群，具有十分重要的生态地位，然而人们对其病毒却了解甚少。为此，本项目自厦门近海及河口环境中通过分离玫瑰杆菌病毒，建立了多个玫瑰杆菌的宿主-病毒相互作用体系，并重点对其中四株玫瑰杆菌病毒进行了生理生化学特征的鉴定，发现这些病毒的裂解能力存在较明显差异。根据病毒裂解能力的不同，我们重点选择了其中3株进行了全基因组测序与注释分析，以探讨宿主菌与病毒间的横向基因传递及其协同进化。非常有意思的是，在3株完成基因组测序的病毒中都发现有GTA (基因转移子)基因的存在。GTA是细菌释放的一种形似噬菌体的颗粒结构，可促进细菌间的横向基因转移，但其在病毒中极少有发现，我们的研究结果表明除了转导、转化外，利用GTA进行横向基因转移可能亦是玫瑰杆菌病毒参与宿主-病毒协同进化过程的一种新机制。另外，我们运用原位实时原子力显微镜技术结合蛋白质组学技术，揭示了一株玫瑰杆菌Roseobacter denitrificans OCh114 被噬菌体感染期间宿主细胞的表面形态及蛋白质组成的动态变化，直观证明了病毒通过裂解细胞可能释放大量的胞内可溶性物质，对于促进海洋碳循环有着重要意义。另外，实验中我们还发现玫瑰杆菌在高强度的病毒感染胁迫条件下，极易获得对病毒的抗性突变，更加充分证明了病毒在促进微生物进化中的重要作用。本项目通过对几株典型玫瑰杆菌病毒的研究，了解了玫瑰杆菌病毒的基因镶嵌性特征，凸显了该类群病毒的较高生物多样性，以及其与宿主间的水平基因转移与协同进化机制，大大加深人们对海洋病毒多样性及其复杂生物学特征的认识，进一步揭示了病毒在海洋生态系统中的重要地位和作用。