《太湖藍藻群體顆粒附生細菌的宏基因組學研究》是依託東南大學，由張軍毅擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：太湖藍藻群體顆粒附生細菌的宏基因組學研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張軍毅
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
目前，儘管附生細菌和藍藻水華關係的研究已經開展了較多工作，但仍集中在生物多樣性的調查和研究方面，而從功能基因和代謝通路來進行機理探究的並不多見。本項目提出了“藍藻群體顆粒”的概念。針對太湖個別季節和時間段水體中藍藻群體顆粒較少，較難收集足夠樣本以滿足測序建庫對DNA濃度和總量要求的情況，我們擬結合單細胞擴增的方法，進行太湖水華暴發全過程的藍藻群體顆粒附生細菌的宏基因組學跟蹤調查。同時結合二代和三代測序方法，繪製暴發各個關鍵階段的附生細菌圖譜，並組裝相應的物種基因組，進一步將功能基因和代謝通路與水文、氣象、營養鹽和衛星遙感等同步監測數據整合分析，來闡明藍藻群體顆粒附生細菌在水華暴發過程中的作用機制，並從附生細菌的角度來探索藍藻水華暴發規律。
結題摘要
本項目提出了“藍藻群體顆粒”的概念，利用宏基因組學方法，從藍藻群體顆粒附生細菌多樣性和功能基因和代謝通路的角度，結合水質和遙感等數據，探索太湖藍藻水華的暴發機制。1.探明了太湖藍藻群體顆粒附生細菌(Bacteria Associated with Cyanobacterial Aggregates, BACA)群落的多樣性。結果表明，水溫是驅動BACA演替的主要因子。BACA不但存在季節上的演替，同時也存在季節相同而生命周期不同的演替。不同種類微囊藻的BACA存在一定的宿主特異性。附生細菌不但參與了群體形態的形成，更為重要的是可能參與了微囊藻毒素的降解，以及氮、磷和碳等物質循環，從而在功能上“影響”和“塑造”了相應的宿主。因此，附生細菌不僅積極參與了藍藻水華的暴發過程，而且附生細菌對藍藻群體的影響可能要遠遠大於浮游細菌。2.表征了藍藻群體顆粒微生物(Meta-microbes of Cyanobacterial Aggregates, MMCA) 的生理生態學特徵。基於微囊藻的全基因組信息，開展了MMCA的鳥槍法宏基因組學研究。結果表明，不同藍藻水華暴發階段的MBCA(Meta-bacteria of Cyanobacterial Aggregates, MBCA)和代謝通路均存在顯著性差異。藍藻水華暴發不同階段MBCA呈現了不同的群落結構特徵。N代謝通路主要有硝酸鹽異化還原成銨(DNRA)、硝酸鹽同化還原成銨 (ANRA)和反硝化過程，存在一定的固氮過程，但是沒有發生硝態氮的硝化過程和厭氧氨氧化過程。其中DNRA和ANRA在三個階段均有發生，並且為主要代謝通路，而在暴發早期和中期，MMCA沒有發現反硝化作用。3.揭示了太湖微囊藻和長孢藻(Dolichospermum)的演替機理。微囊藻和長孢藻的附生細菌存在明顯的宿主特異性。同時，微囊藻水華和長孢藻水華中N的代謝存在顯著差異，其中DNRA、ANRA和固氮作用在兩個水華階段中均存在，而反硝化作用在微囊藻水華階段缺失。儘管微囊藻本身不固氮，但是其與附生微生物所組建的MMCA，作為一個整體可以進行固氮，這是其作為非固氮種類在N相對缺乏狀態下獲得競爭優勢的重要原因。此外，太湖N負荷持續下降被認為是長孢藻水華在冬春季出現的主要原因，N和水溫是微囊藻和長孢藻在冬春季節演替的主要原因。
