滇池水華中控藻菌的殺藻相關基因及其功能研究

《滇池水華中控藻菌的殺藻相關基因及其功能研究》是依託西南大學，由楊彩雲擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：滇池水華中控藻菌的殺藻相關基因及其功能研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊彩雲
• 依託單位：西南大學

項目摘要

細菌控藻是當前水華生物防治的重要方向。申請人前期研究發現，Aeromonas sp. DBL3是滇池水華過程中穩定存在且具有高效殺藻效果的控藻菌，是開展水華生物防治的理想殺藻菌。但對其殺藻機理還不清楚。為研究殺藻相關的關鍵基因和分子機制，為此本項目擬通過轉座子隨機突變技術構建高效控藻細菌DBL3的隨機突變庫，結合轉座子插入位置和突變菌株抑藻功能變化定位控藻基因；利用Crispr-Cas9技術對候選控藻基因進行功能研究；結合細菌基因組數據分析控藻基因所在代謝通路，挖掘潛在的殺藻物質；結合殺藻實驗驗證候選殺藻物質的生物學功能。這種“功能細菌-功能基因-功能物質”的研究模式將有助於我們更加深入的了解“以菌治藻”中殺藻菌與水華藻的相互作用機理，指導殺藻化合物的開發和利用。這也將有助於滇池水華的生物學防治，並為水華的細菌防治推廣提供新的思路。

結題摘要

本項目對滇池的水華期間及不同季節的藍藻和細菌群落進行了生態研究。結果顯示，銅綠微囊藻水華過程中，PAB和FLB在多樣性、結構和微生物連線網路方面存在顯著差異。PAB群落結構更相似、網路連線更緊密，水華藻和Alphaproteobacteria（尤其是固氮菌(Pleomorphomonas)和潛在溶藻菌(Brevundimonas sp.)）。FLB群落環境因子更敏感，另外細菌多樣性高、連通性差、網路規模大、水華藻在互作網路中邊緣化。在這兩個網路中，細菌類群之間主要是正向互作(＞88%的正相關)，而與氮的生物地球化學循環有關的細菌占據網路模組的中心，如Meganema, Pleomorphomonas和Nitrospira等。季節性研究發現，滇池的水體環境特點、藻類群落結構、細菌群落結構有明顯的季節性，其中藻類和細菌群落結構以及PAB互作網路與水華嚴重程度密切相關。水華在夏季和秋季較嚴重。在不同的季節，滇池的藻類均以藍藻為主。PAB在不同的季節，群落結構、多樣性差異顯著，其中多樣性在不同季節差異較大，其季節波動與水華嚴重程度有關。FLB在不同的季節，多樣性差異較小，群落結構差異顯著。水華的加劇，會顯著降低藻類、藍藻以及PAB細菌多樣性，顯著改變PAB和FLB的群落結構；簡化PAB互作網路並使細菌間互作更緊密，並升高銅綠微囊藻的網路地位；擴大FLB互作網路。PAB對水華嚴重程度更敏感，而FLB對環境因子更敏感。通過本項目的開展，從滇池中分離獲得30株純藻和152株細菌，其中銅綠微囊藻有12株，能高效殺滅銅綠微囊藻的細菌有47株。其中Bacillus siamensis Sp37通過分泌吲哚乳酸和tryptoline快速殺滅滇池銅綠微囊藻DCM4，且該菌對微囊藻有特異性殺滅作用，如水華微囊藻、惠氏微囊藻等；吲哚乳酸能和Tryptoline協同溶藻，並主要通過影響藻細胞光合作用過程，促進活性氧產生，引起細胞膜發生脂質過氧化，DNA損傷等細胞傷害，導致藻細胞死亡。這個過程也會有效降低藻細胞中微囊藻毒性含量，並提高蛋白質和糖類的含量；目前已獲得該菌的5個與控藻功能相關的基因，與琥珀酸脫氫酶和glucose-1-phosphate cytidylyltransferase等有關。本項目進一步解析了水華過程中微生物生態過程以及溶藻菌的溶藻機制，對水華的微生物防治具有指導意義。