基于B族维生素合成与利用特征的湖泊微生物种间关系分析

论文摘要

B族维生素(VB)是多种水溶性型维生素的通称,作为辅酶因子参与多种重要的生化反应,是生物不可或缺的生长因子。然而,近年来基因组学和生化分析证据表明,许多微生物尽管含有某类维生素依赖性的酶,却由于基因的缺失并不能从头合成该类维生素。这些缺陷型微生物的生理代谢或生态功能必需依靠外源的维生素或相近的前体分子。因此,不同微生物之间可能凭借维生素的种间传递而建立相互作用关系,对微生物群落结构形成与功能发挥可能起到重要作用。湖泊中的微生物在生态系统平衡、重要元素生物地球化学循环等过程中发挥着重要作用。然而,湖泊微生物的种间关系与维生素合成和利用特征有着何种关联尚未得到深入认识。本研究从武汉市南湖微生物组学数据入手,依据基因组分析调查了多种微生物对重要B族维生素合成与利用情况,并结合物种共现性考察了 B族维生素在微生物种间可能存在的传递网络关系。本研究取得如下主要进展:(1)微生物的B族维生素合成途径和B族维生素必需基因的分布。结合生化知识和文献分析,建立B族维生素合成关键基因模型和B族维生素依赖型基因的列表。对从数据库IMG上下载所得9276个微生物基因组分析,合成基因和依赖基因,可推测微生物对B族维生素的合成与依赖情况。经统计,这些基因组中数量最多的五个门分别为:Proteobacteria(2276个菌株)、Firmicutes(780个菌株)、Bacteroidetes(592 个菌株)、Parcubacteria(495 个菌株)、Actinobacteria(373 个菌株);能够从头合成B族维生素的微生物情况分别为:维生素B1(33.99%)、维生素B2(50.55%)、维生素B3(31.32%)、维生素B5(39.13%)、维生素B6(9.81%)、维生素B7(21.71%)、维生素B9(31.82%)、维生素B12(12.10%);微生物对B族维生素的依赖情况分别为:维生素B1(97.13%)、维生素B2(100%)、维生素B3(100%)、维生素B5(95.15%)、维生素B6(97.84%)、维生素B7(65.67%)、维生素B9(62.94%)、维生素B12(88.29%);(2)武汉南湖水体微生物群落中维生素合成能力和利用情况分析。使用武汉南湖样本的16S rRNA基因测序数据,检索各OTU与NCBI和上述数据库最接近的基因组,分析出南湖水体微生物群落对B族维生素的合成与依赖情况。共找到643个相近基因组,其中,能够从头合成B族维生素的微生物情况分别为:维生素B1(69.05%)、维生素B2(88.49%)、维生素B3(75.12%)、维生素B5(90.98%)、维生素B6(35.30%)、维生素B7(60.34%)、维生素B9(54.43%)、维生素B12(31.10%);微生物对B族维生素的依赖情况分别为:维生素B](99.84%)、维生素B2(100%)、维生素B3(100%)、维生素B5(99.84%)、维生素B6(99.84%)、维生素B7(99.53%)、维生素B9(94.71%)、维生素B12(99.84%)。(3)通过SparCC方法计算OTUs之间的相关性,以此构建水体微生物的共现性网络。经统计,网络中共包含443个OTUs,这些OTUs中数量最多的5个门分别为:Proteobacteria(174个OTUs)、Bacteroidetes(112个OTUs)、Actinobacteria(65个OTUs)、Cyanobacteria(48个OTUs)、Firmicutes(10个OTUs)。通过对共现性网络拓扑结构进行分析,发现OTU3213(微囊藻)具有最高的度中心性、接近中心性与次高的中介中心性,是微生物网络拓扑结构中关键节点之一。(4)微生物种间的B族维生素传递关系网络分析。通过对网络中各边的端点OTUs进行基因组的搜寻、注释,与OTUs对B族维生素的合成与依赖的互补性确定B族维生素对微生物共现性网络的贡献。通过对各个维生素共现性网络以及全部维生素共现性网络拓扑结构进行分析,试图解释B族维生素在微生物群落形成中的贡献作用。综上所述,本研究通过对B族维生素在湖泊微生物合成和利用特征研究,试图从B族维生素的种间传递作用解释在环境中微生物维生素群落结构形成的形成中的重要作用,部分解释了微生物间相互作用的内在因素,本研究将有利于对微生物群落的形成与演替产生更多的理解,为微生物群落的构建与维持奠定了基础。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 葛磊鑫

导师: 谢波

关键词: 水体微生物组,族维生素,共现性网络

来源: 华中师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 生物学

单位: 华中师范大学

分类号: Q938

总页数: 92

文件大小: 8710K

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