《單細胞尺度上解析厭氧微生物相互作用的分子機制》是依託天津大學，由張衛文擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：單細胞尺度上解析厭氧微生物相互作用的分子機制
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張衛文
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微生物相互關係的建立和維持是自然環境中微生物生理代謝活動的重要環節。為了探討其分子機制，我們選擇一個由細菌和古細菌組成的典型厭氧微生物群落，並使用宏基因組、宏轉錄組以及單細胞基因分析相結合的方法來解析微生物從單獨生長表型向結盟生長表型轉化過程中的遺傳學變化。研究基於兩個科學假設：（一）微生物相互關係的建立和維持涉及對代謝和調控途徑的改變，包括基因功能和表達水平的改變甚至異源基因的引入；（二）微生物相互關係建立和維持過程發生在單細胞水平，具有顯著的種群多態性，需要通過基於單細胞尺度的分析才能準確解讀。研究將揭示微生物是如何通過在基因組和轉錄組水平上的調控，以及多基因的協同來建立微生物相互關係，進而適應新的環境。單細胞基因表達技術的套用將首次實現對微生物相互關係建立過程的動態分析。本研究對解析微生物生態，以及發展基於混合微生物的生物工程套用有著重要的理論和套用價值。
結題摘要
相互關係的建立和維持是自然環境中微生物生理代謝活動的重要環節。為了探討其分子機制，我們選擇一個由厭氧細菌和古細菌組成的典型厭氧微生物群落，並使用宏基因組、宏轉錄組以及單細胞基因分析相結合的方法來解析微生物從“單獨”生長表型向“結盟”生長表型轉化過程中的遺傳學變化。圍繞相互關係的建立和維持涉及對微生物代謝和調控途徑的改變，以及微生物相互關係建立和維持過程發生在單細胞水平，需要通過基於單細胞尺度的分析才能準確解讀這兩個科學假設，按計畫展開了科學研究。主要發現包括：（1）鑑定了可能與共生代謝及共生進化相關的基因，並對這些基因在微生物共生關係建立和維持過程中的轉錄水平動態變化進行準確定量；（2）發現在D. vulgaris生物膜和浮游培養中單細胞間都存在明顯的基因表達異質性，生物膜單細胞中基因表達異質性相對於浮游細胞明顯的增加，同時發現了三個鐵離子濃度調控相關基因（DVU1340、DVU1397和DVU2571）與高濃度鐵離子環境下的D. vulgaris生物膜正常代謝的有著密切關係；（3）發展代謝組分析技術探究厭氧微生物生物膜的形成機理，同時解析了脫硫弧菌及其代謝物在金屬鐵腐蝕過程中的作用機理，對於微生物腐蝕防護的工作指明了重要信息。項目執行期內發表論文9篇, 評審中1篇，授權專利1項。為進一步展開微生物共生系統的系統研究奠定了基礎。
