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南海海洋所揭示移動基因組增加弧菌基因組可塑性的機制

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  6月27日,中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態重點實驗室研究員王曉雪團隊探究了珊瑚體內具有生態競爭的假交替單胞菌和弧菌之間的互作,揭示了移動基因組增加弧菌基因組可塑性、驅動弧菌遺傳和表型多樣化的機制。相關研究成果以Mobile Genetic Elements Used by Competing Coral Microbial Populations Increase Genomic Plasticity為題,在線發表在《國際微生物生態學學會雜志》(The ISME Journal)上。 

  弧菌屬是物種多樣性最豐富的細菌屬之一,包含能引起人類疾病的病原體霍亂弧菌、副溶血弧菌和創傷弧菌,以及感染魚類、珊瑚和其他海洋無脊椎動物的溶珊瑚弧菌、羅氏弧菌和溶藻弧菌等?;【巧汉鞴采傮w的重要成員,具有多樣的代謝活性,參與珊瑚共生體的有機質代謝和元素循環?;【蠖嗑哂猩L快、運動能力強、生物膜形成能力強等特點,在復雜有機質豐富的區域易過度生長降低珊瑚共生微生物物種多樣性、影響珊瑚健康。研究對比健康和疾病珊瑚個體微生物多樣性發現,珊瑚感染疾病后,微生物多樣性明顯降低。 

  假交替單胞菌是珊瑚共生微生物的重要類群,與弧菌具有相同的營養利用,占據相同的生態位,彼此之間會頻繁競爭互作。以往研究顯示,假交替單胞菌可以通過分泌活性化合物直接殺死弧菌、或抑制群體感應等方式對抗弧菌,被認為是潛在的珊瑚益生菌。 

  本研究利用科研團隊前期建立的無創采樣方法,在健康的叢生盔型珊瑚的消化循環腔中分離到優勢的假交替單胞菌和溶藻弧菌。研究發現,當溶藻弧菌與假交替單胞菌共培養時會產生部分弧菌突變株。深入的機制研究表明,來自假交替單胞菌屬的兩個可自主移動的遺傳元件,一個整合接合元件(integrative and conjugative element,ICE)和一個可移動基因島(mobilizable genomic island,MGI)的緊密合作,觸發了溶藻弧菌中一個重要的“適應性基因島”(Vibrio phenotype influencing island,VPII)的切除,導致溶藻弧菌的生物膜形成能力和噬菌體抗性顯著降低,但其運動性增強,利于向其他生態位擴張。研究還發現,這些移動基因組(mobilome)成員(ICE、MGI和VPII)在革蘭氏陰性菌中廣泛存在,表明移動遺傳元件的協同作用可能在增加微生物組成員的基因組可塑性方面頗為普遍。 

  珊瑚共生菌往往采取多種策略來抑制弧菌的過度生長。該研究報道了一種新策略,共生細菌利用移動基因組來增加競爭對手的基因組可塑性,導致生態位分化,維持珊瑚共生總體中微生物物種多樣性(如圖),為利用珊瑚共生菌維持珊瑚共生總體菌群平衡保護造礁珊瑚的健康提供了技術支持。 

  研究工作得到廣東省本土創新團隊、國家自然科學基金、中科院青年創新促進會、南方海洋科學與工程廣東省實驗室(廣州)重大專項等的支持。 

  論文鏈接 

移動基因組增加微生物物種多樣性的示意圖 

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