新型聚球藻噬藻体Yong-L2-223的分离及基因组分析

【目的】噬藻体(cyanophages)是特异性侵染蓝藻(cyanobacteria)的病毒，广泛分布于各类水体中，在调节蓝藻种群动态和密度、推动生物地球水生生态系统循环中起着重要作用。本研究的目的在于分离、鉴定噬藻体。【方法】本研究以海洋聚球藻(Synechococcus sp.) PCC 7002为指示宿主，从淡水水样中分离培养一株新型噬藻体Yong-L2-223，对其进行了宿主范围实验、全基因组测序、基因功能注释和系统进化分析。【结果】针对31株供试蓝藻的宿主范围实验，结果除指示藻PCC 7002 [属于聚球藻目(Synechococcales)]外，Yong-L2-223能够感染2株淡水蓝藻，分别是来源于滇池的绿色微囊藻(Microcystis viridis) FACHB-1342 [属于色球藻目(Chroococcales)]和水华束丝藻(Aphanizomenon flos-aquae)FACHB-1209[属于念珠藻目(Nostocales)]。既可在高盐条件下感染海洋蓝藻，又可在低盐条件下感染淡水蓝藻，Yong-L2-223具有广盐性。透射电镜观察表明，Yong-L2...     

也西湖噬藻体的分离与鉴定

【背景】噬藻体是一类特异性侵染蓝藻的病毒,广泛存在于淡水和海水水体中,参与调控宿主蓝藻的丰度和种群密度,被认为是潜在的蓝藻水华生物防控工具。但目前的研究多集中于海洋噬藻体,对淡水噬藻体的生物学特性和结构生物学等研究较少。【目的】分离更多种类的淡水噬藻体,为研究淡水噬藻体的三维结构、侵染机制、与宿主的共进化关系,及其在蓝藻水华防治中的应用提供理论基础。【方法】采集中国科学技术大学西校区内景观湖也西湖水华暴发水域的水样,利用液体培养基和双层固体平板法对17种宿主蓝藻进行筛选,通过NaCl-PEG沉淀法和氯化铯密度梯度离心分离和纯化噬藻体,并利用负染电镜观察噬藻体的形态,同时采用梯度稀释法测定裂解液的效价。【结果】发现也西湖的水样可特异性侵染本实验室分离自巢湖的一株拟鱼腥藻Pan。侵染后的裂解液中存在4株形态各异的噬藻体,包括1株短尾噬藻体和3株长尾噬藻体,其中包括首次发现的1株含有非典型长轴状头部结构的淡水噬藻体。【结论】也西湖作为巢湖流域的一个小型水体,具有与巢湖类似的水华蓝藻及其噬藻体分布谱,因此可以用于模拟大型湖泊进行相关分子生态学和生物防控的研究。     

纳帕海高原湿地噬藻体g20基因系统发育多样性分析

【背景】噬藻体是感染蓝藻的病毒,是水生系统的重要组成部分。它们对宿主种群死亡率有重要影响,是控制蓝藻水华生消的潜在因子,对蓝藻群落结构的调控具有重要意义。大量研究揭示了海洋和淡水环境中噬藻体的高度多样性,但目前对高原湿地中噬藻体的多样性知之甚少。【目的】阐明我国纳帕海高原湿地噬藻体g20基因的遗传多样性,为进一步开展高原湿地微生物资源及其生态功能研究提供理论基础。【方法】采集雨季的水体样品,以衣壳蛋白基因g20为标记基因,利用特异性引物Cps1和Cps8对其进行PCR扩增,得到26条不同的g20基因有效序列,并将其与其他生境中g20基因序列进行主坐标分析和系统发育分析。【结果】与其他海洋和淡水的噬藻体序列相比,纳帕海高原湿地中噬藻体的序列与其他稻田序列更为相近;但也存在部分序列单独聚簇,这可能为纳帕海高原湿地中独有的噬藻体类型。【结论】表明该地区的噬藻体较丰富,并具有一定的独特性。     

云南不同高原湖泊噬藻体psbA基因多样性

【目的】噬藻体(cyanophage)广泛存在于自然水体生态系统中,通过侵染蓝藻进而调控蓝藻种群及群落结构,具有重要生态功能和生态地位,在控制蓝藻水华方面有巨大开发潜力。本研究旨在探究云南高原湖泊噬藻体psbA基因多样性,分析其系统进化地位,为深入了解高原湖泊生态功能、开发利用噬藻体资源奠定理论基础。【方法】以云南高原主要湖泊滇池、抚仙湖和星云湖等为研究对象,以psbA基因作为分子靶标,对湖泊水体中噬藻体遗传多样性进行研究。【结果】从不同湖泊中共获得100条环境噬藻体psbA基因序列,系统发育分析表明,湖泊的噬藻体psbA基因序列与中国东湖、中国东北稻田、日本稻田等淡水中的环境噬藻体psbA基因亲缘关系较近,与海洋环境噬藻体psbA基因亲缘关系较远;抚仙湖中的噬藻体psbA基因多样性高于滇池、星云湖和异龙湖中的噬藻体psbA基因多样性;云南高原湖泊中存在新的噬藻体类群;各湖泊秋冬季节噬藻体psbA基因遗传多样性差异不明显。【结论】云南主要高原湖泊噬藻体psbA基因遗传多样性高,与淡水环境噬藻体psbA基因亲缘关系较近,且存在独特的噬藻体类群。     

微囊藻毒素对水环境的影响研究进展

微囊藻毒素是富营养化淡水水体中最常见的藻类毒素,是湖泊蓝藻产生的一类肽类毒素,它的产生受到藻类的遗传和环境因素的共同影响。由于其毒性大,分布广,结构稳定,从而成为水环境中的潜在危害物质。有关微囊藻毒素性质、毒理毒性、在环境中的迁移、转化以及控制预防已成为关注热点。在总结国内外研究的基础上,综述了微囊藻毒素的性质、产生机理以及其与水环境、水生生物(水生植物、鱼类、无脊椎动物)间的相互作用,讨论了微囊藻毒素对水生生物的影响以及水生生物对微囊藻毒素的降解作用,为水体中微囊藻毒素的防治提供科学的依据。     

噬藻体感染相关基因的研究进展

噬藻体是感染蓝细菌(蓝藻)的病毒,能调控蓝细菌种群的丰度和多样性,在许多水生生态系统的食物网动态变化和生物地球化学循环中起关键作用。噬藻体与宿主细胞发生各种相互作用,包括吸附、入侵和复制,参与感染过程,从而完成噬藻体的生命周期。本文在综述噬藻体生命周期与基因组结构相互关联的基础上,重点介绍噬藻体与宿主蓝细菌相互作用的蛋白,如噬藻体吸附蛋白、内肽酶、穿孔素、DNA聚合酶、藻胆体降解蛋白A(NblA)、毒力因子、抗CRISPR蛋白(Acr)和小分子热休克蛋白等,分析它们的分子特性,阐述它们在噬藻体感染蓝细菌以及噬藻体-蓝细菌相互作用的分子机制。为了更好地认识驱动不同噬藻体与宿主及水生环境相互作用的策略、感染效率及生态学影响,本文不仅对这些与噬藻体感染相关的重要基因研究动态进行综述与讨论,还在了解噬藻体丰富的多样性和复杂性的基础上,提出应用新技术对噬藻体感染相关基因的功能进行广泛研究,以期扩展全球水生病毒数据库,进一步认识噬藻体与宿主的相互作用机理。     

大庆湿地可培养噬藻体的分离及其相关基因的系统进化分析

【目的】揭示大庆湿地可培养蓝藻噬菌体遗传基因多样性,分析其系统进化地位,为噬藻体生态学研究提供数据支持。【方法】以鱼腥藻(Anabaena PCC7120)为宿主,采用液体富集和双层平板法分离大庆湿地水体中可培养的噬藻体,提取噬藻体混合液的DNA,PCR扩增噬藻体编码衣壳组装蛋白的g20基因和编码T7型短尾病毒的核糖体聚合酶的pol基因,克隆测序,构建系统进化树,明确可培养噬藻体相关基因的系统进化地位。【结果】克隆测序获得1条g20基因序列,4条pol基因序列。系统进化分析表明,获得g20序列隶属于可培养噬藻体类群(Clusterδ)中。而3条pol基因与我国吉林碱性稻田水体噬藻体类群(PG-Pol-I和PG-Pol-II)更相近,另一条pol序列形成独立的进化分枝。【结论】这是首次调查大庆湿地水体侵染鱼腥藻的可培养噬藻体的g20和pol基因,初步确认以鱼腥藻(Anabaena PCC7120)为宿主的可培养噬藻体g20基因归属于Clusterδ中,而大庆湿地可培养噬藻体的pol基因与我国大安稻田水体pol基因相近。     

噬藻体生物多样性的研究动态

噬藻体(Cyanophage)是感染原核生物蓝藻(Cyanobacteria)的病毒,广泛分布于各种水生态系统中,对调控初级生产力、蓝藻种群密度及结构演替、微生物间基因转移以及全球生物地理化学循环等方面有重大影响。关注噬藻体的生物多样性,发现其感染相关基因,阐明噬藻体与宿主蓝藻的相互作用,将为藻华控制及认识病毒在复杂水环境中的功能提供重要信息。本文就噬藻体生物多样性,包括生态系统多样性、物种多样性及遗传多样性研究动态做一综述。     

淡水生态系统中几种大DNA病毒研究概述

淡水生态系统中的大DNA病毒指存在于淡水系统中、基因组大小接近或超过100 kb 的DNA病毒, 它们通常是感染鱼类、虾类及藻类等水生生物以及两栖类的病原体, 影响水产养殖动物的健康及淡水生态平衡。文章以虹彩病毒科(Iridoviridae) 的沼泽绿牛蛙病毒(Rana grylio virus, RGV)和大鲵蛙病毒(Andrias davidianus ranavirus, ADRV)、鱼蛙疱疹病毒科(Alloherpesviridae)的鲫疱疹病毒(Crucian carp herpesvirus, CaHV)、线头病毒科(Nimaviridae)的克氏原螯虾病毒(Procambarus clarkii nimavirus, PCV)及肌尾病毒科(Myoviridae)的铜绿微囊藻肌尾噬藻体-滇池株(Microcystis aeruginosa myovirus isolated from Lake Dianchi, MaMV-DC)为主线, 对淡水生态系统中几种大DNA病毒代表株的研究现状与文献进行概述, 并提出和讨论淡水水生大DNA病毒研究及水生病毒学科发展愿景, 以期为相关科研人员提供参考。     

两株淡水微囊藻的藻蓝蛋白基因间隔序列(PC-IGS)分析

对2株编号为003和004的淡水水华微囊藻(Microcystis.sp)的藻蓝蛋白基因间隔序列进行测定,获得长度均为608bp的2条序列。同时从GenBank中获取铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa Kütz,NCBI序列号AJ003179)及惠氏微囊藻(Microcystis wesenbergii,NCBI序列号AF385391)的序列。分别运用MEGA3及ClustalX(Version1.83)软件对这4株藻的PC-IGS序列进行碱基组成分析和序列比对。碱基组成的比对结果表明4株藻的G+C含量分别为003(50.5%),004(51.7%),铜绿微囊藻(50.7%),惠氏微囊藻(52.3%),相差范围在0.2%~1.8%之间,其结果不足以区分这四株微囊藻;序列比对则表明003号藻株与铜绿微囊藻和惠氏微囊藻的序列相似性分别为100%和88.35%,而004号藻株与铜绿微囊藻和惠氏微囊藻的序列相似性比较结果为95.13%和89.04%。此外,文章还探讨了PC-IGS序列作为微囊藻种间鉴定分子标记的可行性。     

Impact of external forces on cyanophage–host interactions in aquatic ecosystems

Cyanobacterial (algal) blooms have by convention been attributed to the excessive level of nutrients from pollution and runoff, which promotes the rapid growth and multiplication of cyanobacteria or algae. The cyanophage (virus) is the natural predator of cyanobacteria (the host). The aim of this review is to unveil certain pressures that disrupt cyanophage–host interactions and the formation of cyanobacterial blooms. This review focuses principally on the impact of greenhouse gases, ozone depletion, solar ultraviolet radiation (SUR) and the role of recently discovered virophages, which coexist with and in turn are the natural predator of phages. The key findings are that the increase in SUR, the mutation of cyanophages and cyanobacteria, along with changing nutrient levels, have combined with virophages to impede cyanophage–host interactions and the resultant viral infection and killing of the cyanobacterial cell, which is a necessary step in controlling cyanobacterial blooms. Consider this a ‘call to action’ for researchers interested in corrective action aimed at evolving aquatic ecosystems.     

3种水稻土中7株固氮蓝细菌的分离与特征

【背景】蓝细菌是水生和陆地生态系统中生物固氮的主要贡献者。【目的】增加对稻田土壤固氮蓝细菌的了解,获得用于进一步研究的可培养固氮蓝细菌菌株。【方法】选择3种具有不同固氮能力的水稻土,采用BG11-N培养基分离培养固氮蓝细菌菌株,对新分离菌株进行形态特征观察,通过基因组DNA的nifH基因扩增明确其固氮潜力,进一步采用乙炔还原法和~(15)N_2示踪法定量测定其固氮能力,通过基因组DNA的16SrRNA基因序列比对进行鉴定。【结果】在光照培养条件下,采用BG11-N培养基共分离纯化得到自养菌株7株,细胞呈圆形或椭圆形、单列、无分枝、丝状和念珠状,在固体培养基上形成团垫状菌落。新分离菌株在BG11-N培养基中生长状况良好,以基因组DNA为模板可扩增出nifH基因,乙炔还原法和~(15)N_2示踪法测定结果显示具有较高固氮能力,同时具有铁载体生成能力。结合16S rRNA基因序列比对和形态特征,7株菌被初步鉴定隶属于念珠藻科(Nostocaceae)。【结论】从水稻土中分离到在稻田生物固氮中发挥重要作用的蓝细菌(念珠藻科)菌株,可培养固氮蓝细菌菌株固氮能力较高,兼具铁载体生成能力,可作为进一步深入研究的微生物资源,具有潜在的研究应用价值。     

一株可增强莱茵衣藻耐盐能力细菌MEZX29的分离与鉴定

【背景】水体中的藻类、细菌及这些微生物之间的相互作用对水体生态系统的功能有着重要作用。近年来,一些河流、湖泊等淡水资源的盐渍化不断加重,对水体生态系统造成严重影响。然而,高盐胁迫条件如何影响藻类与其他细菌的相互作用,以及是否存在能够促进藻类耐盐能力的有益细菌等问题尚未得到深入研究。【目的】分离和鉴定可以促进淡水藻类莱茵衣藻抗盐能力的细菌,并开展相关机制分析。【方法】通过富集培养、筛选和共接种实验,获得可以促进衣藻耐盐的细菌;基于活细胞浓度、叶绿素含量等参数评价衣藻在不同条件下的生长能力;对菌株进行16S rRNA基因序列分析和基因组分析,预测其可能的菌藻相互作用机制。【结果】获得一株在250-290 mmol/L NaCl条件下可以显著增强衣藻耐盐能力的菌株MEZX29,16S rRNA基因序列分析表明,该菌可能属于Rhodococcus qingshengii;基因组分析结果表明,该细菌含有参与糖代谢、乙烯合成、生物膜形成等途径的基因,这些基因可能在促进衣藻抗盐过程中起到重要作用。【结论】Rhodococcus qingshengiiMEZX29可以增强莱茵衣藻21gr抵抗高盐胁迫的能力,为研究藻类与其他微生物之间的有益相互作用提供了新的材料。     

Harmful cyanobacteria and their cyanotoxins in Egyptian fresh waters – state of knowledge and research needs

Cyanobacterial blooms have increased in freshwater ecosystems worldwide in the last century, mostly resulting from eutrophication and climate change. These blooms represent serious threats to environmental and human health because of the production of harmful metabolites, called cyanotoxins. Like many countries, Egypt has been plagued with cyanobacterial blooms in most water sources, including the Nile River, irrigation canals, lakes and fishponds. However, the data about cyanotoxins produced in these blooms are limited. Only two types of cyanotoxins, microcystins and cylindrospermopsin, have been identified and characterised, mainly from Microcystis and Cylindrospermopsis blooms. The data revealed the presence of microcystins in raw and treated drinking waters at concentrations (0.05–3.8 µg l^?1), exceeding the WHO limit (1 µg l^?1) in some drinking water treatment plants. In addition, Nile tilapia Oreochromis niloticus caught from ponds containing heavy cyanobacterial blooms have accumulated considerable amounts of cyanotoxins in their edible tissues. The data presented here could be the catalyst for the establishment of a monitoring and management programme for harmful cyanobacteria and their cyanotoxins in Egyptian fresh waters. This review also elucidates the important research gaps and possible avenues for future research on cyanobacterial blooms and cyanotoxins in Egypt.     

Toxic cyanobacteria in Greek freshwaters

Cyanobacterial scums, collected in 1987 from four Greek freshwater lakes, were examined for their toxicity to mice. Species ofMicrocystis, Oscillatoria, Anabaenopsis, andAnabaena were dominant in the samples. All samples tested had toxic effects on mice after intraperitoneal injection. The lethal dose (LD₅₀) ranged from 40 to 1500 mg cyanobacterial dry weight kg^?1 body weight and gross pathological signs of poisoning were characteristic of cyanobacterial hepatotoxins. The toxicities of the Greek cyanobacterial blooms were similar to those reported for blooms elsewhere in the world, shown to be responsible for the poisoning of wild and domestic animals.     

台风利奇马对城市淡水系统中微生物群落和抗生素耐药性基因的影响

【背景】极端天气事件(如台风)带来的强风和降水,会给水生生态系统造成短暂和持久的影响。然而,很少有研究关注台风对水生微生物群落和抗生素耐药性基因(antibiotic resistance genes,ARGs)的影响。【目的】对台风前后城市淡水水域的微生物群落和抗性基因组成进行研究分析,更好地认识极端天气对淡水生态系统的干扰。【方法】在台风前后从4个地点采集了水样,通过宏基因组分析,检测了台风利奇马对温州休闲水域微生物群落和抗性基因的影响。除水生微生物群落和抗性基因外,还分析了每个采样点的物理、化学参数,包括温度、pH、溶解氧、叶绿素a、可溶性活性磷、硝酸盐、亚硝酸盐和铵。【结果】台风登陆后,大多数地点的pH、溶解氧和叶绿素a都有所增加。然而,台风对九山湖的影响要弱于对三垟湿地的影响。台风登陆后,变形菌门、蓝菌门和拟杆菌门的相对丰度增加,而放线菌门的相对丰度下降。在属水平上,栖湖菌的微生物多样性和相对丰度显著增加。在所有的环境因子中,铵是影响微生物群落结构的最重要的环境因子。另外,在所有样本中均检测到35个机会性致病菌类群。台风后,铜绿假单胞菌的相对丰度增加。ARGs显示了空间(采样点间)和时间(台风前后)的变化。冗余分析表明,水总无机氮是影响抗性基因分布的主要环境因子。【结论】这些发现为极端天气(如台风)如何影响淡水系统中的微生物群落和抗性基因提供了新的见解。台风登陆增加了城市淡水系统的公共安全风险,因此,检验检疫方法和手段应该前移,加强对环境健康安全的评价和分析,这将有助于减轻抗生素耐药性和致病菌扩散的风险。     

Diversity and dynamics of microcystin—Producing cyanobacteria in China's third largest lake, Lake Taihu

Microcystins (MC), the most prevalent group of harmful cyanobacterial hepatotoxins, are primarily produced by strains of cyanobacteria in Microcystis, Anabaena and Planktothrix. Lake Taihu, which is the third largest freshwater lake in China, is a hypertrophic shallow lake in eastern China that has experienced lake-wide cyanobacterial blooms annually during the last few decades. In this study, PCR-DGGE was used to evaluate the diversity of potential MC-producing cyanobacteria and real-time PCR was used to analyze the dynamics of this population based on the presence of the mcy gene in samples collected during a year long study. The results revealed that all MC-producing genotypes detected belonged to the genus Microcystis. In addition, the MC-producing genotype communities were more diverse during the bloom season than the non-bloom season, and the diversity in the late bloom period was lower than the diversity in the early bloom period. Furthermore, the abundance of MC-producing genotypes increased dramatically during the bloom development period, reaching its peak in late summer (September). The results also suggested that the highest mcy gene concentration lagged behind the highest MC concentration, and the potential MC-producing cyanobacterial community shift lagged behind the development of blooms.