微生物群体效应信号分子研究进展

微生物细胞通过分泌可溶性小分子控制群体行为,获得生存优势的行为称为群体效应（Quorum sensing）。单细胞微生物利用群体效应获得多细胞生物的功能,从而提高自身在环境中的竞争力。信号分子是微生物发挥群体效应、进行信息交流的关键因子。信号分子普遍存在于各类微生物群体中,其结构、性质与功能存在巨大的种属差异,对信号分子进行全面的研究将有助于更加深入地了解和利用微生物群体效应。本文主要对群体效应信号分子在种类、结构、来源以及功能等方面的研究进展进行介绍。     

细菌的信息交流

细菌与细菌之间的信息交流是通过相互交换一种自动诱导物(autoinducer)的信号分子来实现的。这种信息交换的过程被称为群体感应(quorumsystem)。细菌根据这种特定信号分子浓度的变化来监测环境中其它细菌数量的变化。细菌的群体感应系统分为种内和种间信息交流两大类。细菌间的信息交流涉及到细菌的多种生理功能,如细菌的致病能力等。因此研究细菌间的信息交流有可能找到一条新的防治细菌感染途径。     

生物聚集体中群体感应作用的研究进展

群体感应是微生物利用信号分子感知环境条件并进行特定基因表达调控.近年来,随着群体感应在微生物信息交流中的作用日益凸显,其在生物聚集体(生物膜和颗粒)形成过程中的作用受到广泛关注.本文综述了自体诱导信号分子AI的分类和相应的群体感应调控方式,以及群体感应信号分子对生物聚集体形成和结构稳定的调控,并对群体感应研究新领域进行了展望.     

细菌的信息交流

细菌与细菌之间的信息交流是通过相互交换一种自动诱导物(autoinducer)的信号分子来实现的.这种信息交换的过程被称为群体感应(quorum system).细菌根据这种特定信号分子浓度的变化来监测环境中其它细菌数量的变化.细菌的群体感应系统分为种内和种间信息交流两大类.细菌间的信息交流涉及到细菌的多种生理功能,如细菌的致病能力等.因此研究细菌间的信息交流有可能找到一条新的防治细菌感染途径.     

植物与微生物之间的跨界信号调控

依靠信号分子的交流方式广泛存在于原核生物和真核生物之间,在此交流过程中,相互联络的生物之间产生并释放小分子化合物,从而建立原核生物和真核生物交流的通道,影响彼此基因的表达,这个过程即为跨界信号交流.跨界信号交流广泛发生在病原菌或益生菌与其宿主之间,其产生的生理效应主要取决于特异信号在生物个体中所激发的信号通路.揭示跨界信号调控的信号分子或语言,并阐明其作用机理具有很大的挑战性.已有研究表明,细菌和植物能产生多种多样的信号分子,解析这些信号分子并探讨其作用机理逐渐成为该领域研究热点,其研究成果将有助于发掘新的植物抗病策略,例如,通过干扰跨界信号调控途径而不是直接杀死病原细菌达到抗病的效果;而益生菌中的信号分子的作用机理的研究,也利于农业上的应用.这篇综述总结了植物与细菌之间跨界信号调控的最新研究进展,以及植物相关细菌群体感应系统的LuxR类的转录调控因子在跨界信号调控过程中的作用机制.     

细菌群体感应淬灭酶及其病害防治研究进展

微生物细胞间通过信号分子进行信息交流的现象即群体感应(Quorum sensing,QS),QS广泛存在于微生物群体中,且可以调控特定基因尤其是很多致病基因的表达。群体感应淬灭(Quorum quenching,QQ)是基于群体感应现象提出的新型病害防治策略,即通过抑制信号分子的合成、监测或对信号分子进行酶降解、修饰的途径来干扰群体感应以达到防治病害的目的。利用群体感应淬灭酶(Quorum quenching enzymes)降解微生物信号分子,是目前毒性最小、最为有效的群体感应淬灭途径。迄今为止,多种细菌信号分子的群体感应淬灭酶都已有报道,其中,酰基高丝氨酸内酯(N-acyl homoserine lactones,AHLs)和顺-11-甲基-2-癸烯酸(cis-11-Methyl-2-dodecenoic acid)群体感应淬灭酶研究最为深入。综述并分析了群体感应淬灭酶及其病害防治的研究现状、存在的问题和未来研究方向,为今后发展新型绿色安全病害防控措施提供关键理论和技术支撑。     

细菌群体感应“合作-欺骗”研究进展

细菌利用信号分子进行细胞间的交流即为群体感应.群体感应调控着生物膜形成、公共物质合成、基因水平转移等一系列社会性行为.在群体感应过程中,公共物质分泌后可以被群体中任何个体所使用即合作;亦可以被一些不分泌公共物质的个体所使用形成欺骗.群体感应合作-欺骗既可能在种群中稳定维持,也可能由于欺骗子的快速增长造成种群崩溃.欺骗子致种群崩溃为病原菌控制新策略研发带来了希望,是目前群体感应研究方面的前沿和热点.本文在介绍细菌群体感应合作及欺骗的基础上,分析了群体感应合作-欺骗生态关系形成和发展的影响因素,重点从亲缘选择、谨慎代谢、代谢限制(基因多效型)、群体感应监管等方面探讨了细菌群体感应合作-欺骗的稳定维持机制,并对细菌群体感应合作-欺骗的相关研究进行了问题总结和展望,以期为深入理解群体感应、微生物种群生态提供参考.     

生物技术在分子微生物生态学上的应用

分子生物学及其技术的发展和变革开辟了生态学研究的新途径。分子生物学与生态学交叉的研究,越来越引起人们的重视,于是分子生态学便应运而生了。而分子微生物生态学则为其中的重要分支,它是运用分子的方法和技术,在基因水平上估计种的个体丰度,查明种的变异情况以及探究群落中微生物间相互关系的科学。生物技术的应用,使我们不必培养微生物,而直接通过对环境中的遗传物质的研究来达到目的,它为微生物生态学的研究开辟了新的途径。１用于分子微生物生态学的主要生物技术１．１核酸探针检测技术探针是能与特定核苷酸序列发生特异性互…     

藻际环境中微生物胞间通讯行为及作用

藻际环境中,微生物通过营养物质交换和活性物质释放相互作用,进而引发共生、竞争或合作等行为.结合环境条件的影响,藻际环境一般具有稳定而多样的微生态结构.以上行为发生的基础是以信号分子为媒介的微生物胞间通讯作用.本文系统综述了藻际环境的特征、藻际胞间通讯行为以及藻际胞间信号分子的类别与作用机制.特别针对痕量信号分子特性,结...     

细菌群体感应信号分子淬灭酶的研究进展

群体感应(Quorum sensing,QS)是细菌细胞间通过信号分子互相交流的一种现象,细菌细胞通过分泌并感应特定的信号分子浓度,当信号分子浓度达到一定阈值时,细菌细胞会启动特定基因尤其是很多致病基因的表达,这就给防治某些植物、动物性疾病提供了一种新思维。群体淬灭(Quorum quenching,QQ)就是基于群体感应而提出的,它主要是通过分解细菌细胞所产生的信号分子,使信号分子浓度在阈值之内,从而使细菌无法表达特定致病因子,进而防治病害的一种方法,群体淬灭酶是研究的最多也是最有效的淬灭途径。到目前为止,很多群体淬灭酶已经被分离出来。系统总结了群体淬灭酶的种类、特性、催化机制和生理功能方面的进展。     

Toward an understanding of microbial communities through analysis of communication networks

Bacteria receive signals from diverse members of their biotic environment. They sense their own species through the process of quorum sensing, which detects the density of bacterial cells and regulates functions such as bioluminescence, virulence, and competence. Bacteria also respond to the presence of other microorganisms and eukaryotic hosts. Most studies of microbial communication focus on signaling between the microbe and one other organism for empirical simplicity and because few experimental systems offer the opportunity to study communication among various types of organisms. But in the real biological world, microorganisms must carry on multiple molecular conversations simultaneously between diverse organisms, thereby constructing communication networks. We propose that biocontrol of plant disease, the process of suppressing disease through application of a microorganism, offers a model for the study of communication among multiple organisms. Successful biocontrol requires the sending and receiving of signals between the biocontrol agent and the pathogen, plant host, and microbial community surrounding the host. We are using Bacillus cereus, a biocontrol agent, and the organisms it must interact with, to dissect a communication network. This system offers an excellent starting point for study because its members are defined and well studied. An understanding of signaling in the B. cereus biocontrol system may provide a model for network communication among organisms that share a habitat and provide a new angle of analysis for understanding the interconnections that define communities. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

Characterization of Quorum Sensing Signals in Coral-Associated Bacteria

Marine environment habitats, such as the coral mucus layer, are abundant in nutrients and rich with diverse populations of microorganisms. Since interactions among microorganisms found in coral mucus can be either mutualistic or competitive, understanding quorum sensing-based acyl homoserine lactone (AHL) language may shed light on the interaction between coral-associated microbial communities in the native host. More than 100 bacterial isolates obtained from different coral species were screened for their ability to produce AHL. When screening the isolated coral bacteria for AHL induction activity using the reporter strains Escherichia coli K802NR-pSB1075 and Agrobacterium tumefaciens KYC55, we found that approximately 30% of the isolates tested positive. Thin layer chromatography separation of supernatant extracts revealed different AHL profiles, with detection of at least one active compound in the supernatant of those bacterial extracts being able to induce AHL activity in the two different bioreporter strains. The active extract of bacterial isolate 3AT 1-10-4 was subjected to further analysis by preparative thin layer chromatography and liquid chromatography tandem mass spectrometry. One of the compounds was found to correspond with N-(3-hydroxydecanoyl)-l-homoserine lactone. 16S rRNA gene sequencing of the isolates with positive AHL activity affiliated them with the Vibrio genus. Understanding the ecological role of AHL in the coral environment and its regulatory circuits in the coral holobiont-associated microbial community will further expand our knowledge of such interactions.     

废水处理中群体感应调控行为研究进展

群体感应是微生物在繁殖过程中分泌一些特定的信号分子,当信号分子浓度达到一定阈值后,可以调控某些基因表达,从而实现信息交流的现象.群体感应调控着生物膜形成、公共物质合成、基因水平转移等一系列社会性行为,广泛存在于各类微生物信息交流中.活性污泥、生物膜和颗粒污泥等生物聚集体广泛存在群体感应现象,了解和认识群体感应与微生物之间的调控行为,对于废水处理具有重要意义.本文综述了感应信号分子的分类、群体感应调控机制,群体感应在活性污泥、生物膜、好氧颗粒污泥和厌氧颗粒污泥等废水处理中的调控行为的研究进展,并对废水处理中群体感应的研究进行了展望,以期为深入理解废水处理中群体感应调控行为提供参考.     

CARD-FISH技术及其在微生物生态学研究中的应用

催化报告沉积荧光原位杂交技术(Catalyzed reporter deposition-fluorescence in situ hybridization,CARDFISH)是基于传统的FISH技术发展而来,由于其较高的灵敏度及稳定性,可以检测微生物的rRNA、mRNA和DNA上的目标基因等,获得环境微生物的群落及功能信息,现已成为微生物生态学研究领域中的重要技术手段。近些年,CARD-FISH与同位素示踪技术、纳米二次离子质谱技术(Nano SIMS)、扫描电子显微镜(SEM)、流式细胞仪等技术方法的联合使用,不仅可以研究复杂环境中微生物的物种组成、数量及其高分辨形态学信息,而且可以获得微生物在单细胞水平的生理代谢信息及其活性,对在单细胞水平认识原位环境微生物的生理生态功能具有重要意义。本文重点介绍了CARD-FISH的技术路线和要点,并探讨CARD-FISH与相关技术联用在环境微生物生态学研究中的应用及进展。     

Volatile affairs in microbial interactions

Microorganisms are important factors in shaping our environment. One key characteristic that has been neglected for a long time is the ability of microorganisms to release chemically diverse volatile compounds. At present, it is clear that the blend of volatiles released by microorganisms can be very complex and often includes many unknown compounds for which the chemical structures remain to be elucidated. The biggest challenge now is to unravel the biological and ecological functions of these microbial volatiles. There is increasing evidence that microbial volatiles can act as infochemicals in interactions among microbes and between microbes and their eukaryotic hosts. Here, we review and discuss recent advances in understanding the natural roles of volatiles in microbe–microbe interactions. Specific emphasis will be given to the antimicrobial activities of microbial volatiles and their effects on bacterial quorum sensing, motility, gene expression and antibiotic resistance.     

种子微生物生态学研究进展

植物种子微生物生态学是研究与种子相联合的微生物的组成﹑功能﹑演替、它们之间关系及其与宿主之间相互关系的科学。种子中蕴含着丰富的微生物资源,它们对种子以及植物的健康具有重要的影响。不同种类植物种子联合的微生物群落由于受到种子本身及外界环境因素的影响而有所差异。论述了种子微生物生态学的概念、主要研究方法、种子微生物生态系统中的微生物种类、相关影响因素,以及种子微生物生态学研究的发展方向。种子微生物生态学的研究对生产实践有重要意义,同时也将丰富种子生物学的内容,对种子科学的发展起到促进作用。     

微生物生态学理论框架

微生物是生态系统的重要组成部分,直接或间接地参与所有的生态过程。微生物生态学是基于微生物群体的科学,利用微生物群体DNA/RNA等标志物,重点研究微生物群落构建、组成演变、多样性及其与环境的关系,在生态学理论的指导和反复模型拟合下由统计分析得出具有普遍意义的结论。其研究范围从基因尺度到全球尺度。分子生物学技术的发展,使人们可以直接从基因水平上考查其多样性,从而使得对微生物空间分布格局及其成因的深入研究成为可能。进而可以从方法学探讨微生物生物多样性、分布格局、影响机制及其对全球变化的响应等。在微生物生态学研究中,群落构建与演化、分布特征(含植物-微生物相互关系)、执行群体功能的机理(生物地球化学循环等)、对环境变化的响应与反馈机理是今后需要关注的重点领域。概述了微生物生态学的概念,并初步提出其理论框架,在对比宏观生态学基础理论和模型的基础上,分析微生物多样性的研究内容、研究方法和群落构建的理论机制,展望了今后研究的重点领域。     

水圈微生物：推动地球重要元素循环的隐形巨人

正生活在水圈环境中的微生物数量巨大、遗传与代谢方式极为多样,它们驱动着地球上重要元素的循环。水圈微生物研究已经成为生命科学与地球科学的研究热点。国家自然科学基金委员会于2017年启动了"水圈微生物驱动地球元素循环的机制"重大研究计划(简称"水圈微生物"计划)。"水圈微生物"计划拟选择典型水圈生境,通过多学科交叉研究,借助新技术、新方法,揭示水圈微生物在物种、群落和生态水平驱动碳氮硫循环的机制及其环境响应,     

单细胞稳定同位素标记技术在固氮微生物中的应用研究

生物固氮是指固氮微生物将大气中氮气还原为生物可利用氨的过程,是环境中新氮的主要来源,调控初级生产力并影响氮储库的收支平衡。由于环境中大部分固氮微生物不可纯培养,不依赖培养且具有高空间分辨率水平的单细胞技术,成为研究固氮微生物的有力手段。~(15)N_2稳定同位素标记技术,以微生物对~(15)N的同化量或速率为依据,是表征微生物固氮活性的最直接手段。本文对~(15)N_2稳定同位素标记结合两种单细胞技术,即纳米二次离子质谱(Nano SIMS)和单细胞拉曼光谱,用于固氮微生物研究的最新进展进行了综述,内容包括揭示环境中高活性固氮微生物、空间分布、与其他生物的共生关系、细胞生理状态等,并进一步对近期发展的基于单细胞拉曼光谱的固氮微生物研究进行了展望。