海洋微生物资源及其产生生物活性代谢产物的研究

海洋微生物,尤其海洋细菌以其分类的多样性和规模而言,作为生物活性物质产生菌的潜力是巨大的。海洋微生物研究依据分离菌的生境来源可分为海水、沉积物、共栖、共生和深海菌群。生境的不同,不但影响菌群的分布,而且影响微生物代谢产物的合成。从报道的研究结果看,沉积物细菌、共栖细菌和共生细菌是海洋微生物天然药物筛选的重要来源。目前海洋微生物生物活性代谢产物资源的研究仍主要限制在那些在“标准”条件下易于生长和培养的微生物类群。本文对海洋微生物资源产生的生物活性物质的研究进展进行了综述。     

源于微生物的海鞘天然产物

海洋动物是具有生物活性海洋天然产物的重要来源。海鞘中含有丰富的微生物类群,如细菌、放线菌、真菌和蓝细菌。越来越多的直接或间接证据表明,一些从海鞘中分离的天然产物并不是海鞘本身产生的,而是由其共生微生物产生的。本文对近些年来的海鞘天然产物的微生物来源的研究方法进行综述,包括可培养细菌的分离、不可培养细菌的粗提物检测、宏基因组学、全基因组测序等直接方法,以及化合物结构比对的间接方法。通过对海鞘-微生物共生体中天然产物生物合成来源的研究,不仅可以从根本上解决动物药源的问题,而且可为研究海鞘与微生物共生关系提供有力证据。     

宜春温泉水体与泉底沉积物细菌多样性分析

研究宜春富硒温泉水体与泉底沉积物的细菌群落多样性。利用高通量测序技术分析泉水与沉积物中细菌群落结构与多样性。温泉水中主要的细菌类群为变形菌门和拟杆菌门,而在沉积物样品中的主要优势菌群为OP1、蓝细菌、浮霉菌门和绿弯菌门。细菌在属分类水平上,温泉水中优势菌群为不动杆菌属、假单胞菌属、水栖菌属、Thermosynechococcus、鞘脂杆菌属和金黄杆菌属等。沉积物样品细菌中优势菌群属于未知物种,在数据库中并没有相关的注释信息;其中已知的优势菌属为Candidatus acetothermum、Thermosynechococcus、亚热栖菌属、不动杆菌属。宜春温汤富硒温泉水体与沉积物中存在着丰富的微生物群落且组成差异性很大,该研究为了解与发掘温泉微生物菌种资源具有重要价值。     

新疆天山北坡不同盐湖微生物菌群结构及其影响因子

新疆分布的众多湖泊由于干旱气候成盐作用强烈,近半数已演化到盐湖发展阶段,不同盐湖中也因此蕴含着丰富的耐盐及嗜盐微生物资源。为更好的掌握新疆盐湖微生物资源分布规律及对环境因子变化的响应规律,利用高通量测序技术对新疆天山北坡5个不同演化阶段盐湖湖底沉积物中细菌、古菌多样性和菌群结构及其主要驱动因子进行研究,探讨盐湖演化过程中原核微生物群落结构变化规律。分别采集5个盐湖湖底沉积物样本,进行理化因子测试与细菌和古菌16S rRNA扩增子测序分析,比较不同盐湖理化性质和原核微生物菌群差异,并对原核微生物丰度与环境因子进行关联分析。实验结果表明：5个盐湖湖底沉积物总盐和Na⁺含量顺序为：巴里坤湖 > 伊吾湖 > 艾比湖 > 盐湖 > 柴窝堡湖,除艾比湖外其他四个盐湖沉积物均呈碱性。Alpha多样性结果显示5个盐湖细菌richness、chao1、ACE和shannon丰富度指数均大于古菌相应丰富度指数,不同盐湖细菌丰富度指数差异较大,古菌丰富度指数差异相对较小。从5个盐湖湖底沉积物中共检测获得细菌58门、68纲、138目、253科和560属,古菌4门、8纲、12目、21科和60属,细菌以变形菌门为主,古菌以广古菌门为主。不同盐湖细菌和古菌优势属种类均不相同,巴里坤湖主要是一些嗜盐和耐盐细菌属,而伊吾湖主要是嗜盐和耐盐古菌属,PCoA分析结果也表明不同盐湖微生物在OTUs水平有其独特菌群结构类型。RDA和Bioenv分析结果表明,盐湖湖底沉积物中微生物菌群群落结构主要受Na⁺和总盐（TS）浓度的影响,对细菌菌群结构影响较大,而古菌菌群结构可能受多种理化因子共同调节。此外,盐湖特殊卤水成分会对微生物群落结构产生重大影响。     

小球藻共栖微生物种群多样性分析

[目的]分析小球藻共栖微生物的种类和种群多样性,为小球藻养殖病害防治提供依据。[方法]从小球藻共栖生长环境中分离共栖微生物,利用限制性核酸内切酶RsaⅠ酶切共生微生物的r DNA序列,进行多态性分析,获得共栖微生物种群信息。[结果]利用纯培养的方法获得15种菌落表型特征各异的小球藻共生微生物,分成7个操作分类单元(OUT),分别是变形菌门(Proteobacteria),包括:气单胞菌属(Aeromonas)、假单胞菌属(Pseudomonas)、寡养单胞菌属(Stenotrophomonas)、肠杆菌属(Enterobacter)、泛菌属(Pantoea),厚壁菌门(Firmicutes)的锰氧化还原菌(Exiguobacterium)和芽孢杆菌属(Bacillus)。在小球藻共栖微生物中未分离到弧菌,也没有分离到真菌。[结论]小球藻共栖微生物种类多样,其中,革兰氏阴性菌占据绝对优势,革兰氏阳性菌只有芽孢杆菌属和锰氧化还原菌属,其中锰氧化还原菌是首次发现,小球藻共生菌中,很少分离到真菌,本研究中没有分离到真菌。     

昆虫共生菌的次级代谢产物研究进展

微生物与昆虫的共生是一种普遍现象,昆虫种类繁多,与昆虫共生的微生物也多种多样。昆虫共生菌是活性次生代谢产物的重要来源。本文对自2008年以来已报道的177个昆虫共生菌的次级代谢产物进行了统计和分析,结果表明:61.6%的化合物为新天然产物(生物碱类新化合物最多),其中,约75%的新化合物来源于昆虫共生真菌,25%来源于细菌;醌酮类化合物是昆虫共生菌源天然产物的主要结构类型,占23.2%;47.5%的化合物具有显著的抗肿瘤、抗菌、除草和抗氧化等生物活性,且化合物中的主要活性类型是抗菌和抗肿瘤活性,活性范围覆盖面最广的结构类型是生物碱类。以上结果表明昆虫共生菌的次级代谢产物是先导性化合物的重要来源且具有丰富的生物活性类型。本文以天然产物的结构分类为切入点,结合其研究菌株来源、生物活性等进行综述,旨在为充分挖掘昆虫共生菌次级代谢产物提供重要参考。     

白蚁与动物及微生物的共生类型及其机制

综述了白蚁螱客的主要种类、共生关系及相关机制的研究进展。白蚁螱客中,已报道的动物种类达170种。在与动物的共生关系中存在偏利共生（宾主共栖和异种共栖）、互利共生和无关共生三种;在与微生物的共生关系中,存在与内生菌（原生动物、细菌、真菌和放线菌）和外生菌（蚁巢伞菌等）间的互利关系。指出了白蚁与螱客研究中存在的问题,给出了解决方案,并提出了今后可能的研究热点或方向,为白蚁的综合利用（如纤维素酶）及今后研究物种间的协同进化提供了基础资料。     

不同生境草鱼肠道微生物组成和群落特征分析

【目的】分析不同生境来源的草鱼前肠、中肠和后肠的微生物组成和群落特征。【方法】利用16S rRNA高通量测序技术比较河流、湖泊、高密度池塘养殖与水库低密度养殖4种不同生境来源的草鱼其前、中、后肠的微生物组成和群落特征。【结果】Venn图、稀释性曲线和Alpha指数分析结果显示,前肠微生物群落多样性以养殖生境草鱼更高,而后肠微生物群落多样性以自然生境草鱼更高。不同生境草鱼前肠微生物组成和群落特征差异较大,自然生境的草鱼前肠微生物优势菌群都是不动杆菌属和贪铜菌属;高密度池塘养殖生境优势菌群是鲸杆菌属、希瓦氏菌属;低密度水库养殖生境的草鱼前肠优势菌群是链球菌属、消化链球菌属等。【结论】不同生境的环境因子不同,养殖方式不同,饵料不同,导致草鱼前肠微生物组成和群落特征的差异较大,该结果可为草鱼肠道微生物的研究提供基础数据。高密度养殖生境的草鱼存在潜在的感染风险,建议优化养殖模式以减少有害菌的产生。     

海洋共附生微生物天然产物生物合成基因研究进展

对海洋无脊椎动物天然产物的研究表明,很多种活性物质的真正生产者是与其共生或附生的未培养微生物.克隆这些未培养微生物中特定活性物质的生物合成基因,不仅为活性物质的来源提供遗传学证据,也使通过异源表达相关生物合成基因来大量获取目标化合物成为可能.本文综述了来源于海绵、海鞘、苔藓虫、深海管状蠕虫和深海沉积物中共附生微生物天然产物生物合成基因簇的研究进展.     

以杨树为例论述林木共生菌系统及其作用机制

杨树(Populus)是重要造林树种,也是研究林木基础生物学性状的模式材料。不仅如此,杨树可与多种细菌(内生细菌、内生固氮菌和根际促生菌)和真菌(外生菌根真菌、丛枝菌根真菌和内生真菌)类群建立共生关系,为揭示树木和微生物之间的互惠共生机制提供了理想模型。这些共生菌能积极调控林木生长发育、营养吸收和生理生态过程。目前在杨树-双色蜡蘑(Laccaria bicolor)形成的外生菌根发育、提高杨树耐盐、耐重金属的生理与分子机制、叶片内生真菌群落结构与病害发生、菌根辅助细菌和菌丝内共生细菌-真菌-杨树形成的三重跨界共生等方面取得多项突破。近年来,一批模式草本植物微生物组(microbiome)计划相继实施,对共生菌群落结构和功能的认识有了革命性的进步。以美洲黑杨、毛果杨和胶杨为代表的林木微生物组研究也已启动,表明宿主基因型和环境因子可显著影响共生菌群落结构与物种组成;在根际(rhizosphere)和内生(endosphere)环境存在结构和功能迥异的菌群。另一方面,以根系为诱饵,通过宿主表型来推测菌群功能的反向“钓鱼”策略将推动林木根际微生物工程研究,为揭示杨树-微生物群落的相互关系、菌群进化搭建了研究模型。总之,深入认识多元微生物对林木表型和生理代谢的表观遗传学调控机制将为今后创制新型菌剂并用于高效育苗和抗性育种提供新的思路,具有重要的科学意义和应用价值。     

林木共生菌系统及其作用机制——以杨树为例

杨树（Populus）是重要造林树种,也是研究林木基础生物学性状的模式材料。不仅如此,杨树可与多种细菌（内生细菌、内生固氮菌和根际促生菌）和真菌（外生菌根真菌、丛枝菌根真菌和内生真菌）类群建立共生关系,为揭示树木和微生物之间的互惠共生机制提供了理想模型。这些共生菌能积极调控林木生长发育、营养吸收和生理生态过程。目前在杨树-双色蜡蘑（Laccaria bicolor）形成的外生菌根发育、提高杨树耐盐、耐重金属的生理与分子机制、叶片内生真菌群落结构与病害发生、菌根辅助细菌和菌丝内共生细菌-真菌-杨树形成的三重跨界共生等方面取得多项突破。近年来,一批模式草本植物微生物组（microbiome）计划相继实施,对共生菌群落结构和功能的认识有了革命性的进步。以美洲黑杨、毛果杨和胶杨为代表的林木微生物组研究也已启动,表明宿主基因型和环境因子可显著影响共生菌群落结构与物种组成;在根际（rhizosphere）和内生（endosphere）环境存在结构和功能迥异的菌群。另一方面,以根系为诱饵,通过宿主表型来推测菌群功能的反向"钓鱼"策略将推动林木根际微生物工程研究,为揭示杨树-微生物群落的相互关系、菌群进化搭建了研究模型。总之,深入认识多元微生物对林木表型和生理代谢的表观遗传学调控机制将为今后创制新型菌剂并用于高效育苗和抗性育种提供新的思路,具有重要的科学意义和应用价值。     

以杨树为例论述林木共生菌系统及其作用机制

杨树(Populus)是重要造林树种,也是研究林木基础生物学性状的模式材料。不仅如此,杨树可与多种细菌(内生细菌、内生固氮菌和根际促生菌)和真菌(外生菌根真菌、丛枝菌根真菌和内生真菌)类群建立共生关系,为揭示树木和微生物之间的互惠共生机制提供了理想模型。这些共生菌能积极调控林木生长发育、营养吸收和生理生态过程。目前在杨树-双色蜡蘑(Laccaria bicolor)形成的外生菌根发育、提高杨树耐盐、耐重金属的生理与分子机制、叶片内生真菌群落结构与病害发生、菌根辅助细菌和菌丝内共生细菌-真菌-杨树形成的三重跨界共生等方面取得多项突破。近年来,一批模式草本植物微生物组(microbiome)计划相继实施,对共生菌群落结构和功能的认识有了革命性的进步。以美洲黑杨、毛果杨和胶杨为代表的林木微生物组研究也已启动,表明宿主基因型和环境因子可显著影响共生菌群落结构与物种组成;在根际(rhizosphere)和内生(endosphere)环境存在结构和功能迥异的菌群。另一方面,以根系为诱饵,通过宿主表型来推测菌群功能的反向“钓鱼”策略将推动林木根际微生物工程研究,为揭示杨树-微生物群落的相互关系、菌群进化搭建了研究模型。总之,深入认识多元微生物对林木表型和生理代谢的表观遗传学调控机制将为今后创制新型菌剂并用于高效育苗和抗性育种提供新的思路,具有重要的科学意义和应用价值。     

深部生物圈古菌的研究进展与展望

古菌作为深部生物圈中常见的原核生物,广泛分布于各类海洋沉积生境中,在沉积物生物地球化学循环中发挥着重要作用。由于不同的古菌类群对环境条件存在生理适应性差异,它们分别在近岸沿海和开阔大洋沉积物中构成了厌氧微生物生态系统和好氧微生物生态系统。本文通过对近岸与远洋、沉积物与上覆水体两个不同维度的古菌群落结构进行比较,以及对出现在深部生物圈中的常见古菌(奇古菌门(Thaumarchaeota)、深古菌门(Bathyarchaeota)、底栖古菌目(Thermoprofundales)、Asgard古菌超级门、乌斯古菌门(Woesearchaeota))的分布、代谢和环境适应机制进行论述,总结了深部生物圈中古菌的研究进展,并在此基础上展望了几个未来研究的方向与重点。     

单胃动物肠道微生物菌群与肠道免疫功能的相互作用

动物胃肠道栖息着大量的微生物,这些微生物及其代谢产物在营养、免疫等方面对宿主的健康有重要的意义。近年来研究发现肠道微生物与免疫系统间存在密切的交流和互作机制,尽管肠道共生菌具有定植抑制效应,但肠道微生物也可通过其特定组分刺激免疫细胞如Tregs细胞、Th17细胞的分化,肠道菌群的紊乱可能导致细菌移位、肠道屏障功能损伤,影响机体健康。宿主免疫系统可通过分泌多种免疫效应因子如MUC、sIgA、ITF、RegIIIγ、α-防御素等调节肠道微生物的分布和组成,调节肠道菌群的稳态。本文综述了单胃动物肠道微生物菌群的组成,深入探讨了肠道微生物菌群与动物肠道免疫功能之间的相互作用。     

海洋古菌多样性研究进展

海洋古菌是海洋微生物中的一个大的类群,然而绝大多数的古菌不能分离培养.近年来分子生物学的方法广泛地应用于微生物多样性的研究中,研究发现,海洋古菌广泛地生活在各类海域环境中,而不仅仅是生活在极端的环境中.海洋古菌为海洋生态系统中主要的原核细胞成分,在海洋生态系统中的物质与能量循环中扮演着重要角色.主要阐述了生活在海洋不同环境中海洋古菌的多样性,有海洋浮游古菌的多样性、海底环境及海洋沉积物中古菌的多样性、附着或寄共生古菌多样性等的研究状况,以及研究海洋古菌多样性的分子生物学的主要方法.     

南海Formosa冷泉区沉积物微生物多样性与分布规律研究

【目的】当前对全球冷泉生态系统微生物生态学研究显示，冷泉生态系统中主要微生物类群为参与甲烷代谢的微生物，它们的分布差异与所处冷泉区生物地球化学环境密切相关。但在冷泉区内也存在环境因子截然不同的生境，尚缺乏比较冷泉区内小尺度生境间微生物多样性和分布规律的研究。本研究旨在分析南海Formosa冷泉区内不同生境间微生物多样性差异，完善和理解不同环境因子对冷泉内微生物群落结构的影响。【方法】对采集自南海Formosa冷泉区不同生境(黑色菌席区、白色菌席区和碳酸盐岩区)沉积物样本中古菌和细菌16S rRNA基因进行测序，结合环境因子，比较微生物多样性差异，分析环境因子对微生物分布的影响。【结果】发现在Formosa冷泉内的不同生境中，甲烷厌氧氧化古菌(anaerobic methanotrophic archaea,ANME)是主要古菌类群，占古菌总体相对丰度超过70%；在菌席区ANME-1b和ANME-2a/b是主要ANME亚群，碳酸盐岩区则是ANME-1b。硫酸盐还原菌(sulfate-reducing bacteria,SRB)和硫氧化菌(sulfur-oxidizing bacteria...     

海洋动物来源微生物的共培养研究进展

近年来,由于一些新疾病的发生和细菌耐药性的出现,微生物来源次级代谢产物的筛选重复率越来越高,微生物一些代谢基因在现有实验室条件下无法表达,所以需要发现新的微生物资源,同时找到激活微生物代谢产物基因的方法。海洋动物体内蕴含着大量的共附生微生物资源,可以产生很多具有生物活性的化合物,是潜在的药用资源。本文综述了近年来海洋动物(海鞘、海绵、珊瑚和海葵等)来源的微生物进行共培养的研究策略,包括共培养菌株的选择、共培养条件、群体感应和信号分子对共培养菌株的影响,以及不同种类微生物间的共培养实例。共培养与单培养相比,增加了次级代谢产物的种类,提高了次级代谢产物的生物活性或产量。共培养的研究有助于发现新的海洋动物来源微生物的活性天然产物,为海洋药物的开发提供新思路。     

海洋沉积物来源链霉菌属次生代谢产物及其生物活性研究进展

海洋沉积物是营养较为丰富的微生物栖息地,近年来从海洋沉积物中分离培养出了大量海洋链霉菌,从中还发现了一些新的属种。人们已从海洋沉积物来源链霉菌属中发现了许多具有药用价值的活性化合物,有力推动了海洋天然产物化学的发展,并为新药研发提供基础。本文就海洋沉积物来源链霉菌属次生代谢产物的结构类型及其生物活性进行简要综述。     

高效降解纤维素产甲烷菌群的富集及其性质研究

以获得1组高效降解纤维素的产甲烷菌群为目的,以蔬菜厌氧消化液、糖蜜厌氧消化液和池塘沉积物底泥为菌株来源,55℃条件下,以滤纸为碳源进行继代培养,检测其甲烷含量,最终获得1组有效分解纤维素的产甲烷菌群。该菌群能够有效分解滤纸,相对分解率可达67.3%,培养7 d甲烷累积产量可达46.5%(体积分数),培养第3天羧甲基纤维素酶(CMC)活性最高值为26.3 U/mL。有机酸中乙酸产量最高,7 d累积量为2.7 g/L。基于16S rRNA基因扩增子高通量测序分析结果表明,细菌的多样性高于古菌。细菌菌群主要由Lutispora、好氧芽胞杆菌属(Aeribacillus)、解硫胺素杆菌属(Aneurinibacillus)、共生小杆菌属(Symbiobacterium)、梭菌属(Clostridium)等组成,其中Lutispora为优势菌群,占细菌总丰度的11.04%。古菌菌群主要包括甲烷嗜热杆菌属(Methanothermobacter)、甲烷丝状菌属(Methanothrix)、甲烷杆菌属(Methanobacterium)、甲烷螺菌(Methanospirillum)等,其中甲烷嗜热杆菌属为优势古菌菌群,占古菌总丰度的99.82%。这组高效降解纤维素的产甲烷菌群可通过多种微生物协同作用实现纤维素的降解和甲烷的产生。     

黄河内蒙古段表层沉积物细菌多样性及群落结构类型

为掌握黄河内蒙古段表层沉积物微生物多样性、群落结构类型及其影响因素,采用高通量测序技术分析了6个采样点表层沉积物中的微生物多样性及群落结构。研究结果表明,黄河内蒙古段沉积物细菌丰度大小排序为乌拉特前旗(H3)老牛湾(H6)临河(H2)包头(H4)托县(H5)乌海(H1),微生物多样性排序为H6 H2 H5 H4 H3 H1,乌海沉积物中细菌丰度和微生物多样性都是最低的一个采样点。黄河内蒙古段表层沉积物中三大优势菌群分别为变形菌门(Proteobacteria,相对丰度32.39%)、绿弯菌门(Chloroflexi,13.25%)和拟杆菌门(Bacteroidetes,12.16%)。细菌群落丰度与环境因子之间的冗余分析结果显示,沉积物中总有机碳(TOC)、离子交换容量(CEC)和总磷(TP)、总氮(TN)等环境因子对黄河内蒙古段沉积物细菌群落分布影响较大,负相关系数分别为82.5%、80.1%、85.5%和85.2%;微生物多样性与环境理化因子相关性分析结果表明,黄河沉积物微生物多样性格局与对氮磷等营养物质的损耗有直接关系。