戈壁沙漠核辐射区微生物适应进化及生物多样性研究

核爆区地处我国戈壁沙漠，具有极端干燥、昼夜温差大、强太阳辐照等环境特点。在数十年的自然演变和适应过程中，形成了具有耐辐射、抗旱、抗寒和耐盐碱等极端抗逆能力的微生物基因资源。我们的前期研究分离到一系列耐辐射微生物菌株，开展了核辐射区土壤DNA宏基因组序列的测定工作，初步研究结果显示该极端环境具有更高复杂度的微生物类群。本项目采用系统发育分析与比较基因组学方法，分析该极端环境微生物群落特征，探索耐辐射性状在微生物中的起源、进化和传播机制；开展比较宏基因组分析，重点研究微生物的共进化和极端环境适应性，分离和鉴定一系列耐辐射、抗旱、抗寒和耐盐碱基因，为极端环境微生物进化及微生物极端抗性机制的深入研究奠定基础。

我国戈壁沙漠核爆区，具有极端干燥、昼夜温差大、强太阳辐照等环境特点，蕴藏着众多具有耐辐射、抗旱、抗寒和耐盐碱等极端抗逆能力的微生物基因资源。本项目在国家基金委的支持下，开展了核辐射区微生物分离鉴定及土壤DNA宏基因组序列的测定工作，分析了该极端环境微生物群落特征，探索耐辐射微生物的起源、进化和极端环境适应性，分离和鉴定一批耐辐射、抗旱、抗寒和耐盐碱抗逆功能基因，取得如下结果：.1. 核爆区土样分离、筛选获得20多株耐辐射微生物，其中 8株细菌 为新的耐辐射微生物物种（相关结果发表在Plos One和IJSEM）。2. 完成了核爆区及对照样本各10 GB的土壤微生物DNA宏基因组序列的测定工作，采用系统发育分析与比较基因组学方法，分析该极端环境微生物群落特征。SSUrRNA分析结果显示，样品中微生物多样性十分丰富，核辐射区样品共预测得到110162个基因，非辐射样品共预测得到113224个基因。.3. 宏基因组数据显示，核爆区预测含有菌株1159种，对照样本预测含菌株1388种，其中辐射区特有菌株102种。辐射区菌种多样性相对较低，主要由变形菌门（42%）、厚壁门（35%）、拟杆菌门（14%）、放线菌门（8%）组成。其中拟杆菌门细菌数量较对照样本提高100倍以上，且出现了特殊的与辐射相关的微生物Deinococcus-Thermus菌门。分析结果表明，耐辐射性状微生物进化方式可能是“多起源-共进化”。.4. COG和NOG分析比较结果发现，核爆区宏基因组中碳源代谢、离子转运代谢及DNA修复相关基因含量较高，并着重对逆境胁迫响应蛋白Csp及DNA修复蛋白RecA展开研究。通过大肠杆菌异源表达筛选平台，分离、鉴定了一批耐辐射、抗旱、抗寒和耐盐碱基因（相关结果发表在AMB及中文期刊，并申请或获得多项国家发明专利）。本项目研究结果为进一步探索耐辐射性状在微生物中的起源、进化和传播机制奠定了基础。.项目执行期间，在Plos One,AMB,IJSEM等期刊发表SCI论文8篇，在中文期刊发表论文8篇；申请国家发明专利5项，获得国家发明专利授权6项；培养研究生4人，其中1名博士后顺利出站，3名研究生按期答辩、毕业。