高原富营养化湖泊中噬藻体介导的光合作用基因转移及其生态效应研究

The significantly influence of photosynthesis genes in cyanophage on infecting cyanobacteria has attracted much attention.In the preliminary studies, two strains of cyanophage which infected cyanobacteria were isolated from eutrophic freshwater lakes in Yunnan province. In order to explore cyanophage mediated photosynthesis gene transfer and its ecological effect in plateau eutrophic freshwater lakes. Based on completing photosynthesis gene of cyanophage and cyanobacteria detection in part of the lakes, we are planning to take five plateau eutrophic freshwater lakes of Yunnan for research objects.By genome sequencing and related analysis, the photosynthesis gene transfer between cyanobacteria and cyanophage is going to be clarified. On the basis of completion of the whole genome sequence of two strains of cyanophage, genomic molecular differences among different strains and its host will be also analyzed. The coming findings will be not only acquiring a number of gene resources, but also helpful to illustrate the broad ecological adaptation of cyanophage and cyanobacteria and explore their living processes in higher level.The research on evolution relationships and gene transfer between cyanophage and cyanobacteria can provide scientific basis for cynaphage as a possible biological control factors of cyanobacteria bloom.

噬藻体因携带光合作用基因在感染蓝藻过程带来显著影响而备受关注。前期研究中，项目组从云南富营养化湖泊中分离到一批感染蓝藻的噬藻体，为探索噬藻体介导的光合作用基因在蓝藻中的基因转移及生态效应，项目组拟在完成部分湖泊噬藻体及蓝藻光合作用基因检测的基础上，以高原富营养化湖泊为研究对象，通过噬藻体和蓝藻光合作用基因序列测定，分析光合作用基因存在特征及在二者间的转移；通过完成两株噬藻体基因组的测序及解析，比较它们在基因组成上的共性、差异及可塑性，以及与宿主蓝藻光合作用基因组的异同，进而分析噬藻体感染蓝藻的生态效应，以及基因转移导致蓝藻水华爆发的分子机制。 项目研究可获得一批独特的噬藻体、蓝藻基因资源，有助于阐明噬藻体和蓝藻生态适应性机制，在更高层次上探索噬藻体和蓝藻生命活动过程。研究噬藻体和蓝藻中的进化关系、基因转移及其在分子水平上的依存和制约关系，为将噬藻体作为防治蓝藻水华的生物控制因子提供理论基础

噬藻体作为特异性感染蓝藻的病毒，因携带光合作用基因在感染蓝藻过程带来显著影响而备受关注，并且作为蓝藻的致死剂、基因信息的载体及群落结构的调节者，具有重要的生态功能。本研究以云南高原五大富营养化淡水湖泊为研究对象，探索高原富营养化淡水湖泊噬藻体介导的光合作用基因在蓝藻中的基因转移及其生态效应。基于psbA光合作用基因系统分析了不同湖泊蓝藻遗传多样性，系统进化分析表明滇池蓝藻遗传多样性较为丰富，不同蓝藻psbA基因序列主要分布于微囊藻属、聚胞藻属、微鞘藻属、聚球藻属、颤藻属、小球藻属中，且夏季主要为微囊藻属psbA基因型，冬季多种藻类psbA基因型均有分布；异龙湖、杞麓湖、星云湖、洱海的遗传多样性分析也显示不同富营养化湖泊中蓝藻多样性各有不同。证明光合作用psbA基因是目前发现的适合于噬藻体遗传多样性分析的靶标基因，进而分析不同湖泊中噬藻体遗传多样性，结合系统发生、氨基酸三联体模型分析，所获psbA基因环境序列源自噬藻体，滇池水域噬藻体遗传多样性较为丰富，与日本稻田水序列同源性很高，淡水序列间同源关系高于海洋序列，表明淡水噬藻体和海洋噬藻体存在较大差异，各自含有独特的类型，淡水噬藻体的进化历史与海洋的不同。五湖夏季psbA基因环境序列与微囊藻属psbA基因序列同源性很高，与夏季高原富营养化湖泊中微囊藻属为优势种群有关，不同湖泊存在遗传多样性上的差异。基于光合作用psbA基因分析了噬藻体和蓝藻间的水平基因转移，psbA基因转移主要存在于微囊藻属、聚球藻属、微鞘藻属、小球藻属中。其余四湖中噬藻体与蓝藻间的psbA基因转移主要存在于微囊藻属中。噬藻体与蓝藻间的水平基因转移，能促进不同地域的蓝藻的协同进化。进行云南高原富营养化湖泊中病毒宏基因组分析，评价了富营养化湖泊中浮游病毒群落结构、病毒功能基因多样性等，研究结果有助于揭示高原富营养化湖泊微型生物生态、噬藻体和蓝藻的相互关系，为将噬藻体作为防治蓝藻水华的生物控制因子提供理论基础。