深海放线菌Microbacterium profundi Shh49在锰离子胁迫下的转录组学研究

Polymetallic nodules are the important deep-sea mineral resources. The major components of the polymetallic nodules is manganese mineral phases. The Mn(II)-Oxidazing microbes can enrichment, transform and deposit ore-forming element, and play key roles in the deep-sea nodule formation. In the past years, people did not know enough about the microorganism function and Mn(II) Oxidation mechanism in the deep-sea nodules because of the limitation in the sample collection and research technology. Recently our group collected the deep-sea nodule samples, isolated Mn(II)-oxidizing microbe Shh49 from the surface of the nodules, named as Microbacterium profundi and completed the genome sequence. Based on the above studies,three aspects of research content will be carried out. Firstly, the microorganism genomic analysis. This work will ascertain metabolic pathway and the genes involved in Mn(II) oxidation, especially about the metal manganese oxidization/deoxidization and ion transference. Secondly, manganese oxidase research and the transcriptomics research of the response to manganese stress are studied. This work will make clear the process of metabolic and regulation mechanism, ascertain the gene of manganese oxidase and the gene pathway involved in the Mn(II) Oxidation. Last, conbine the morphology, Physiology, biochemistry and genetic analysis, discuss the mechanism of Mn(II) oxidation. In generally, this proposal will help to reveal the mechanism of Mn(II) oxidation and regulation of the microorganism in the deep-sea ecological system and promote the establishment of a new model on the deep-sea nodules formation.

多金属结核是具有重要战略价值的海底矿产资源，其主要成分为固态的锰矿物。锰氧化微生物可富集、转化和沉积成矿元素，在结核形成过程中发挥着重要作用。以往受样品采集和研究技术手段限制，对锰氧化微生物生理功能和氧化机制了解甚少。项目在已获得多金属结核表面锰氧化放线菌Microbacterium profundi shh49并完成其基因组测序工作基础上，拟通过菌株shh49的基因组学研究，解析微生物金属代谢途径，探知金属氧化还原及离子传递功能基因簇；通过菌株在锰离子胁迫下的转录组学研究，重点了解深海微生物在高浓度金属离子胁迫下的代谢过程和调控机理，确定锰氧化酶基因及参与金属氧化过程的基因通路；综合分析形态学、生理学、生物化学和遗传学特征，探讨菌株shh49锰氧化过程的分子机制。项目实施将有助于探知微生物的锰氧化机制和调控机理，拓展人们对深海微生物矿化过程的认知，为海底资源开发提供依据。

多金属结核是具有重要战略价值的海底矿产资源，其主要成分为固态的锰矿物。锰氧化微生物 可富集、转化和沉积成矿元素，在结核形成过程中发挥着重要作用。以往受样品采集和研究技术手段限制，对锰氧化微生物生理功能和氧化机制了解甚少。项目在已获得多金属结核表面锰氧化放线菌Microbacterium profundi Shh49并完成其基因组测序工作基础上，通过菌株Shh 49的基因组学研究，解析微生物金属代谢途径，探知金属氧化还原及离子传递功能基因簇；通过菌株在锰离子胁迫下的转录组学研究，重点了解深海微生物在高浓度金属离子胁迫下的代谢过程和调控机理；此外开展相关重金属耐受菌株生理学、基因组学和比较基因组学研究，作为本课题的有益补充。研究结果表明，菌株Shh49T基因组上很多基因与金属的氧化还原相关，包括4四个多铜氧化酶基因、2个亚铁氧化酶基因和1个汞还原酶基因，其编码蛋白可能参与了深海金属氧化还原过程及海底金属成矿过程。菌株Shh49T在锰离子胁迫下和无锰条件下的基因表达差异显著，差异表达基因GO功能分类差异也很显著，主要表现为各个GO功能类群上调表达显著增加。但是主要影响的代谢途径（pathway）却较类似，为核糖体合成调控（Ribosome）和代谢途径（Metabolic pathways），这为我们研究Shh49应对重金属环境压力的策略提供了一些线索。此外，还筛选获得重金属耐受403株菌株，开展特色重金属耐受菌株的生理学与基因组学研究，包括重金属耐受菌株Maribacter cobaltidurans B1的多相分类学研究，重金属耐受菌株B1T和Altererythrobacter atlanticus 26DY36T的基因组分析，以及重金属耐受菌Halomonas zincidurans B6T及其近源菌株H. xinjiangensis TRM 0175T和Chromohalobacter israelensis DSM 6768T基因组比较分析。通过综合分析与比较，探讨微生物锰氧化作用机制。项目实施有助于探知 微生物的锰氧化机制和调控机理，拓展人们对深海微生物矿化过程的认知，为海底资源开发提供依据。项目预期发表SCI论文2-3篇，实际发表课题标注论文22篇，其中SCI论文18篇。在项目执行期间，主持人入选浙江省151人才工程，并于2017年晋升为研究员。