食烷菌多样性与比较基因组研究

Through phylogenetic analysis of the 628 strains of genus Alcanivorax isolated from Chinese offshore surface seawater, deep seawater and sediment around the world, we found 29 potential new strains of genus Alcanivorax. Moreover, 5 strains take advantage in the growth of all samples. Specially, Alcanivorax venustensis is the most widespread and diversified strain. To study the role of the genus Alcanivorx in the molecular evolution, ecological distribution, degradation of the alkane, our study focus on the construction of a complete genome map and transcriptome of one typical strain and draft genome map of the other new strains, then make a comparative genomic study of the genus Alcanivorx and design specific primers to explore the in-site diversity of Alcanivorx simultaneously. What’s more, the research also enriched the bacterial consortium which have the ability to degrade long-chain alkane. In conclusion, the results will benefit to the development of the resource of alkane degradation bacteria applied to the boremeditation of the oil pollution.

通过对我国近海和各大洋表层及深海水体和沉积物中分离到的628株食烷菌进行系统的比较分析，发现了29株潜在的食烷菌新种，同时发现有5个种的食烷菌在大洋中占优势。特别是其中的威尼斯食烷菌近源的菌株分别最为广泛，种类也最为多样，本课题拟对其中的一株菌开展全基因完成图和转录组测序分析，同时测定所有新种的全基因组框架图，系统开展比较基因组研究，同时设计引物研究食烷菌在各大洋中的原位多样性，这些结果将加深对食烷菌属在分子进化、生态分布与烃类等方面的认识。本课题将同时开展长链烷烃降解菌富集分离鉴定和多样性分析。研究结果有助于开发利用降解菌资源，应用于海洋石油污染的生物修复。

食烷菌（Alcanivorax）是海洋环境中最为重要的石油烃降解菌之一。通过对食烷菌的多样性和地理分布特征的研究，期望揭示食烷菌在海洋环境中的生态分布和进化历史，在开展多样性分析的同时，还可以发现食烷菌的新种，为海洋石油污染生物修复提供菌种资源。. 本课题开展370株食烷菌的系统进化分析，通过16S rRNA基因序列比对分析，这些菌株可以分为44个序列型，而通过7个看家基因串联分析串联则可以分为204个序列型。通过7个看家基因串联构建系统进化树，发现它们可以分为33个组，代表着33个种，这与平均核苷酸一致性和数字DNA-DNA杂交分析结果一致。食烷菌属，种间MLSA界限为95.2%~97.2%。另外，对这些菌分离地点、分离基质、分离深度的分析表明，分离菌株最多的8个种，属于全球广泛分布菌株；而其他25个分离菌株少的种，则属于地理分布特异菌株，局限在特定的地理范围内。微生物分化时间的分析显示，食烷菌的分化时间主要是在0.17亿年-6.59亿年前之间。.基于上述系统进化分析，本课题分析36株食烷菌基因组，其基因组大小为3.1Mb~4.9Mb，G+C含量为54.1 mol%~66.1 mol%，蛋白编码基因数目为2,755~4,660个，其中具有COG功能的蛋白编码基因2,265~3,607个。这36株食烷菌的泛基因组大小为17,118个，核心基因组为1,288个。分析结果表明，食烷菌属通过基因水平转移等方式获取了大量的外源基因，是一个比较开放的种属。食烷菌33个种的种间ANI值范围为82.6%~95.4%，种间dDDH值范围为18.5%~60.8%。研究过程中，发表了2个食烷菌新种，分别是Alcanivorax marinus和Alcanivorax. nanhaiticus。这些新种为后续石油污染生物修复制剂的研究提供了很好的菌株资源。.本课题对 12 个石油富集的降解菌群进行了系统的研究，获得了丰富的石油降解菌株和降解关键基因。这不但有助于更加深入的了解海洋表层海水中石油降解菌的分布和多样性，而且也为后续石油污染的生物修复提供了宝贵的菌株资源和基因资源。利用16S rDNA 文库和 alkB 基因文库研究了南大西洋 5 个不同 站点深海沉积物样品富集菌群多样性的组成，并分离到了一些潜在的长链烷烃降解菌，初步认识了深海环境中长链烷烃降解的菌群组成情况。