也西湖噬藻体的分离与鉴定

【背景】噬藻体是一类特异性侵染蓝藻的病毒,广泛存在于淡水和海水水体中,参与调控宿主蓝藻的丰度和种群密度,被认为是潜在的蓝藻水华生物防控工具。但目前的研究多集中于海洋噬藻体,对淡水噬藻体的生物学特性和结构生物学等研究较少。【目的】分离更多种类的淡水噬藻体,为研究淡水噬藻体的三维结构、侵染机制、与宿主的共进化关系,及其在蓝藻水华防治中的应用提供理论基础。【方法】采集中国科学技术大学西校区内景观湖也西湖水华暴发水域的水样,利用液体培养基和双层固体平板法对17种宿主蓝藻进行筛选,通过NaCl-PEG沉淀法和氯化铯密度梯度离心分离和纯化噬藻体,并利用负染电镜观察噬藻体的形态,同时采用梯度稀释法测定裂解液的效价。【结果】发现也西湖的水样可特异性侵染本实验室分离自巢湖的一株拟鱼腥藻Pan。侵染后的裂解液中存在4株形态各异的噬藻体,包括1株短尾噬藻体和3株长尾噬藻体,其中包括首次发现的1株含有非典型长轴状头部结构的淡水噬藻体。【结论】也西湖作为巢湖流域的一个小型水体,具有与巢湖类似的水华蓝藻及其噬藻体分布谱,因此可以用于模拟大型湖泊进行相关分子生态学和生物防控的研究。     

新型淡水微囊藻噬藻体vB_MweS-yong2的分离与基因组分析

【目的】蓝藻(cyanobacteria)水华频繁暴发,引起水质恶化,使水生生物大量死亡,给水产养殖业造成巨大的经济损失;其代谢产物藻毒素具有肝毒性、神经毒性、生殖毒性、遗传毒性和肿瘤促进作用,并可在水生生物中富集,造成饮用水安全风险和水产品食用安全风险。噬藻体(cyanophages)是一类特异性侵染蓝藻的病毒,参与调控蓝藻的种群密度和丰度,被认为是极具潜力的蓝藻水华生物防控工具。以往的研究报道多集中于海水噬藻体,有关淡水噬藻体的报道寥寥无几,迄今尚无惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii)噬藻体的研究报道。本研究的目的在于分离、鉴定惠氏微囊藻噬藻体。【方法】以惠氏微囊藻FACHB-1112为指示宿主,采用双层平板法从淡水中分离出噬藻体vB_MweS-yong2,对其进行全基因组测序、基因功能注释和系统进化分析。【结果】vB_MweS-yong2的基因组长44 530 bp,G+C含量为71.6%,有61个开放阅读框(ORF)、1个tRNA基因。成对序列比较 (pairwise sequence comparison,PASC)表明,vB_MweS-yong2与所有已知噬菌体间的全基因组核苷酸序列相似度最高只有20.21%,小于<50%的属边界值。没有在vB_MweS-yong2基因组中发现抗生素耐药基因和毒力因子基因,显示该噬藻体在基因水平上的安全性。【结论】vB_MweS-yong2在有尾目的长尾科中代表一个新的属。本研究丰富了淡水噬藻体库、基因库,并为以后研发该噬藻体的功能基因、进一步研发用于治理以惠氏微囊藻为优势种引起的水华的产品与技术奠定了基础。     

纳帕海高原湿地噬藻体g20基因系统发育多样性分析

【背景】噬藻体是感染蓝藻的病毒,是水生系统的重要组成部分。它们对宿主种群死亡率有重要影响,是控制蓝藻水华生消的潜在因子,对蓝藻群落结构的调控具有重要意义。大量研究揭示了海洋和淡水环境中噬藻体的高度多样性,但目前对高原湿地中噬藻体的多样性知之甚少。【目的】阐明我国纳帕海高原湿地噬藻体g20基因的遗传多样性,为进一步开展高原湿地微生物资源及其生态功能研究提供理论基础。【方法】采集雨季的水体样品,以衣壳蛋白基因g20为标记基因,利用特异性引物Cps1和Cps8对其进行PCR扩增,得到26条不同的g20基因有效序列,并将其与其他生境中g20基因序列进行主坐标分析和系统发育分析。【结果】与其他海洋和淡水的噬藻体序列相比,纳帕海高原湿地中噬藻体的序列与其他稻田序列更为相近;但也存在部分序列单独聚簇,这可能为纳帕海高原湿地中独有的噬藻体类型。【结论】表明该地区的噬藻体较丰富,并具有一定的独特性。     

通过同源重组在聚球藻7002中表达小鼠金属硫蛋白-Ⅰ的初步研究

用PCR方法从海洋单细胞蓝藻聚球藻7002(Synechococcus sp. PCC 7002)基因组DNA中扩增得到藻蓝蛋白β亚基基因(cpcβ)的上游序列(Pcpcβ),及编码谷氨酰胺合成酶的glnA基因片段.以Pcpcβ作为启动子、以glnA基因片段作为整合平台,构建含有小鼠金属硫蛋白-Ⅰ(mMT-Ⅰ)cDNA的同源整合表达载体pKGC-MT.通过自然转化法将整合表达载体导入聚球藻7002中,经氨苄青霉素筛选,得到遗传性状稳定的转基因藻.PCR检测证明mMT-Ⅰ基因已整合到蓝藻基因组DNA上;蛋白质印迹表明mMT-Ⅰ已在蓝藻中表达;ELISA结果显示mMT-Ⅰ在蓝藻中的表达量约为800 μg/g.     

大庆湿地可培养噬藻体的分离及其相关基因的系统进化分析

【目的】揭示大庆湿地可培养蓝藻噬菌体遗传基因多样性,分析其系统进化地位,为噬藻体生态学研究提供数据支持。【方法】以鱼腥藻(Anabaena PCC7120)为宿主,采用液体富集和双层平板法分离大庆湿地水体中可培养的噬藻体,提取噬藻体混合液的DNA,PCR扩增噬藻体编码衣壳组装蛋白的g20基因和编码T7型短尾病毒的核糖体聚合酶的pol基因,克隆测序,构建系统进化树,明确可培养噬藻体相关基因的系统进化地位。【结果】克隆测序获得1条g20基因序列,4条pol基因序列。系统进化分析表明,获得g20序列隶属于可培养噬藻体类群(Clusterδ)中。而3条pol基因与我国吉林碱性稻田水体噬藻体类群(PG-Pol-I和PG-Pol-II)更相近,另一条pol序列形成独立的进化分枝。【结论】这是首次调查大庆湿地水体侵染鱼腥藻的可培养噬藻体的g20和pol基因,初步确认以鱼腥藻(Anabaena PCC7120)为宿主的可培养噬藻体g20基因归属于Clusterδ中,而大庆湿地可培养噬藻体的pol基因与我国大安稻田水体pol基因相近。     

感染丝状蓝藻的噬藻体的裂解周期和释放量的测定

近年来,随着浮游病毒的认识的深入,人们认识到浮游病毒对水体中初级生产力的影响是巨大的[1],其主要证据就是发现噬藻体在海洋蓝藻的种群控制上发挥着重要作用[2]. 噬藻体的释放量和裂解周期是衡量噬藻体感染力的重要指标,很多重要的生态指标如病毒在生态系统中对宿主的致死率、病毒种群得以维持的阈浓度等都需要使用病毒的释放量和裂解周期来加以推算[3,4], 因此准确地测定这两个基本参数是十分重要的.在自然界,很多丝状蓝藻,如颤藻、鱼腥藻、螺旋藻、席藻等是能够形成水华的,其中有些还具有产毒的功能[5].丝状蓝藻的形态特征有别于单细胞蓝藻, 在被噬藻体感染时,丝状蓝藻的感染周期和光合生理也与单细胞蓝藻有较大的差异[6],因此研究裂解丝状蓝藻的噬藻体的方法可能不同于感染单细胞的噬藻体.本次试验以一种感染丝状宿主的噬藻体为材料,探讨了确定其裂解周期和释放量的研究方法.     

噬藻体辅助代谢基因(AMGs)研究进展

噬藻体是一类广泛存在于海洋及淡水环境中以蓝藻为感染宿主的病毒,对蓝藻种群结构与多样性以及水生态环境具有重要的影响。噬藻体携带一系列与宿主新陈代谢相关的同源基因被称为辅助代谢基因。它们编码的蛋白在噬藻体感染蓝藻过程中,可参与宿主的光合作用、戊糖磷酸循环、营养物质摄取以及核苷酸生物合成等代谢活动。近年来,一些辅助代谢基因被作为噬藻体分子检测的靶标基因,并用于噬藻体遗传多样性及其与蓝藻间相互关系的研究。本文综述了国内外有关噬藻体辅助代谢基因的来源、生物学功能及其多样性等方面的研究进展。     

聚球藻7002嗜铁素的检测与分离

【目的】探究聚球藻7002嗜铁素的检测和分离方法,为深入研究海洋嗜铁素提供科学依据。【方法】在缺铁MediumA中培养聚球藻7002,利用双层平板法、混合平板法和传统铬天青S(CAS)平板法定性检测嗜铁素,用CAS蓝色液体检测液定量检测嗜铁素。采用大孔树脂XAD-2和固定化金属离子亲和层析(IMAC)对嗜铁素进行分离,IMAC采用降低pH和竞争性洗脱两种洗脱方式。【结果】混合平板定性检测法更快速、高效、便捷。缺铁培养的聚球藻7002发酵液中,嗜铁素的相对含量高达93.50%。大孔树脂分离,上样液pH调为2.0时,嗜铁素吸附充分,分离效果较好。试验发现,分离得到的聚球藻7002嗜铁素在254nm紫外下具有明显的荧光特性。【结论】试验得到了聚球藻7002嗜铁素定性检测和分离的有效方法。     

云南不同高原湖泊噬藻体psbA基因多样性

【目的】噬藻体(cyanophage)广泛存在于自然水体生态系统中,通过侵染蓝藻进而调控蓝藻种群及群落结构,具有重要生态功能和生态地位,在控制蓝藻水华方面有巨大开发潜力。本研究旨在探究云南高原湖泊噬藻体psbA基因多样性,分析其系统进化地位,为深入了解高原湖泊生态功能、开发利用噬藻体资源奠定理论基础。【方法】以云南高原主要湖泊滇池、抚仙湖和星云湖等为研究对象,以psbA基因作为分子靶标,对湖泊水体中噬藻体遗传多样性进行研究。【结果】从不同湖泊中共获得100条环境噬藻体psbA基因序列,系统发育分析表明,湖泊的噬藻体psbA基因序列与中国东湖、中国东北稻田、日本稻田等淡水中的环境噬藻体psbA基因亲缘关系较近,与海洋环境噬藻体psbA基因亲缘关系较远;抚仙湖中的噬藻体psbA基因多样性高于滇池、星云湖和异龙湖中的噬藻体psbA基因多样性;云南高原湖泊中存在新的噬藻体类群;各湖泊秋冬季节噬藻体psbA基因遗传多样性差异不明显。【结论】云南主要高原湖泊噬藻体psbA基因遗传多样性高,与淡水环境噬藻体psbA基因亲缘关系较近,且存在独特的噬藻体类群。     

通过同源重组在聚球藻7002中表达小鼠金属硫蛋白-Ⅰ的初步研究

用PCR方法从海洋单细胞蓝藻聚球藻7002（Synechococcus sp. PCC 7002）基因组DNA中扩增得到藻蓝蛋白β亚基基因（cpcβ）的上游序列（Pcpcβ）,及编码谷氨酰胺合成酶的glnA基因片段．以Pcpcβ作为启动子、以glnA基因片段作为整合平台,构建含有小鼠金属硫蛋白-Ⅰ（mMT-Ⅰ）cDNA的同源整合表达载体pKGC-MT.通过自然转化法将整合表达载体导入聚球藻7002中,经氨苄青霉素筛选,得到遗传性状稳定的转基因藻.PCR检测证明mMT-Ⅰ基因已整合到蓝藻基因组DNA上;蛋白质印迹表明mMT-Ⅰ已在蓝藻中表达;ELISA结果显示mMT-Ⅰ在蓝藻中的表达量约为800 μg/g.     

Cultivation and characterization of the MaMV-DC cyanophage that infects bloom-forming cyanobacterium Microcystis aeruginosa

The MaMV-DC cyanophage, which infects the bloom-forming cyanobacterium Microcystis aeruginosa, was isolated from Lake Dianchi, Kunming, China. Twenty-one cyanobacterial strains were used to detect the host range of MaMV-DC. Microcystic aeruginosa FACHB-524 and plaque purification were used to isolate individual cyanophages, and culturing MaMV-DC with cyanobacteria allowed us to prepare purified cyanophages for further analysis. Electron microscopy demonstrated that the negatively stained viral particles are tadpole-shaped with an icosahedral head approximately 70 nm in diameter and a contractile tail approximately 160 nm in length. Using one-step growth experiments, the latent period and burst size of MaMV-DC were estimated to be 24–48 hours and approximately 80 infectious units per cell, respectively. Restriction endonuclease digestion and agarose gel electrophoresis were performed using purified MaMV-DC genomic DNA, and the genome size was estimated to be approximately 160 kb. Sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) analysis revealed four major structural proteins. These results support the growing interest in using freshwater cyanophages to control bloom-forming cyanobacterium.     

A novel cyanophage with a cyanobacterial nonbleaching protein A gene in the genome

A cyanophage, PaV-LD, has been isolated from harmful filamentous cyanobacterium Planktothrix agardhii in Lake Donghu, a shallow freshwater lake in China. Here, we present the cyanophage's genomic organization and major structural proteins. The genome is a 95,299-bp-long, linear double-stranded DNA and contains 142 potential genes. BLAST searches revealed 29 proteins of known function in cyanophages, cyanobacteria, or bacteria. Thirteen major structural proteins ranging in size from 27 kDa to 172 kDa were identified by SDS-PAGE and mass-spectrometric analysis. The genome lacks major genes that are necessary to the tail structure, and the tailless PaV-LD has been confirmed by an electron microscopy comparison with other tail cyanophages and phages. Phylogenetic analysis of the major capsid proteins also reveals an independent branch of PaV-LD that is quite different from other known tail cyanophages and phages. Moreover, the unique genome carries a nonbleaching protein A (NblA) gene (open reading frame [ORF] 022L), which is present in all phycobilisome-containing organisms and mediates phycobilisome degradation. Western blot detection confirmed that 022L was expressed after PaV-LD infection in the host filamentous cyanobacterium. In addition, its appearance was companied by a significant decline of phycocyanobilin content and a color change of the cyanobacterial cells from blue-green to yellow-green. The biological function of PaV-LD nblA was further confirmed by expression in a model cyanobacterium via an integration platform, by spectroscopic analysis and electron microscopy observation. The data indicate that PaV-LD is an exceptional cyanophage of filamentous cyanobacteria, and this novel cyanophage will also provide us with a new vision of the cyanophage-host interactions.     

两株聚球藻伴生细菌分离纯化与促生功能鉴定

【背景】蓝藻周围存在伴生细菌,伴生细菌与蓝藻具有复杂的作用关系。【目的】研究淡水聚球藻伴生细菌对聚球藻生长的影响。【方法】采用高通量测序分析聚球藻伴生细菌多样性;平板划线法纯化聚球藻伴生细菌,通过形态观察结合16S rRNA基因序列同源性比对,对其种属关系进行确定;通过聚球藻和不同浓度伴生细菌共培养测定其叶绿素a浓度,分析伴生细菌对聚球藻生长的影响;采用种子发芽试验验证伴生细菌促生功能。【结果】淡水聚球藻伴生细菌优势菌属为产卟啉杆菌属(Porphyrobacter)、根瘤菌属(Rhizobium)、水单胞菌属(Aquimonas)和中慢生根瘤菌属(Mesorhizobium),从聚球藻分离获得了两株伴生细菌JQ1和JQ2,基于16S rRNA基因序列鉴定其分别属于Rhizobium和Peribacillus,通过在聚球藻与不同浓度伴生细菌共培养及水稻发芽试验验证,证明伴生细菌JQ1和JQ2在菌藻比例分别为5:1和15:1时具有促生作用,都对增强秧苗素质和根系发育有一定影响但JQ2与JQ1相比能显著提高水稻种子的发芽率。【结论】淡水聚球藻伴生细菌JQ1和JQ2在适宜的浓度均可显著促进聚球...     

Identification of a Diagnostic Marker To Detect Freshwater Cyanophages of Filamentous Cyanobacteria

Cyanophages are viruses that infect the cyanobacteria, globally important photosynthetic microorganisms. Cyanophages are considered significant components of microbial communities, playing major roles in influencing host community diversity and primary productivity, terminating cyanobacterial water blooms, and influencing biogeochemical cycles. Cyanophages are ubiquitous in both marine and freshwater systems; however, the majority of molecular research has been biased toward the study of marine cyanophages. In this study, a diagnostic probe was developed to detect freshwater cyanophages in natural waters. Oligonucleotide PCR-based primers were designed to specifically amplify the major capsid protein gene from previously characterized freshwater cyanomyoviruses that are infectious to the filamentous, nitrogen-fixing cyanobacterial genera Anabaena and Nostoc. The primers were also successful in yielding PCR products from mixed virus communities concentrated from water samples collected from freshwater lakes in the United Kingdom. The probes are thought to provide a useful tool for the investigation of cyanophage diversity in freshwater environments.     

噬藻体感染相关基因的研究进展

噬藻体是感染蓝细菌(蓝藻)的病毒,能调控蓝细菌种群的丰度和多样性,在许多水生生态系统的食物网动态变化和生物地球化学循环中起关键作用。噬藻体与宿主细胞发生各种相互作用,包括吸附、入侵和复制,参与感染过程,从而完成噬藻体的生命周期。本文在综述噬藻体生命周期与基因组结构相互关联的基础上,重点介绍噬藻体与宿主蓝细菌相互作用的蛋白,如噬藻体吸附蛋白、内肽酶、穿孔素、DNA聚合酶、藻胆体降解蛋白A(NblA)、毒力因子、抗CRISPR蛋白(Acr)和小分子热休克蛋白等,分析它们的分子特性,阐述它们在噬藻体感染蓝细菌以及噬藻体-蓝细菌相互作用的分子机制。为了更好地认识驱动不同噬藻体与宿主及水生环境相互作用的策略、感染效率及生态学影响,本文不仅对这些与噬藻体感染相关的重要基因研究动态进行综述与讨论,还在了解噬藻体丰富的多样性和复杂性的基础上,提出应用新技术对噬藻体感染相关基因的功能进行广泛研究,以期扩展全球水生病毒数据库,进一步认识噬藻体与宿主的相互作用机理。     

Impact of external forces on cyanophage–host interactions in aquatic ecosystems

Cyanobacterial (algal) blooms have by convention been attributed to the excessive level of nutrients from pollution and runoff, which promotes the rapid growth and multiplication of cyanobacteria or algae. The cyanophage (virus) is the natural predator of cyanobacteria (the host). The aim of this review is to unveil certain pressures that disrupt cyanophage–host interactions and the formation of cyanobacterial blooms. This review focuses principally on the impact of greenhouse gases, ozone depletion, solar ultraviolet radiation (SUR) and the role of recently discovered virophages, which coexist with and in turn are the natural predator of phages. The key findings are that the increase in SUR, the mutation of cyanophages and cyanobacteria, along with changing nutrient levels, have combined with virophages to impede cyanophage–host interactions and the resultant viral infection and killing of the cyanobacterial cell, which is a necessary step in controlling cyanobacterial blooms. Consider this a ‘call to action’ for researchers interested in corrective action aimed at evolving aquatic ecosystems.