騰衝兩熱泉泉古菌多樣性及系統發育的初步分析

2021-01-17 生物谷

微生物學通報                                       MAR 20, 2008, 35(3): 372~377                                                         
Microbiology                                      2008 by Institute of Microbiology, CAS
tongbao@im.ac.cn           

宋兆齊1  陳經全1  職曉陽1  黃志勇2  張傳倫2  李文均1*

(1. 雲南大學 雲南省微生物研究所 教育部微生物多樣性可持續利用重點實驗室  昆明 650091)

(2. Department of Marine Sciences, University of Georgia, Athens, GA 30602, USA)

摘  要: 通過構建16S rRNA 基因片段的克隆文庫對騰衝熱海兩溫泉中泉古菌的多樣性和系統發育關係進行了初步的研究。一共得到 18 個泉古菌克隆序列, 可分為 12 個OTUs, 兩溫泉的克隆序列與已知GenBank上關係最近序列的平均相似性較低, 無名泉為 92.56%, 熱爆區為 93%。從基於16S rRNA基因片段序列構建的系統發育樹來看, 74℃ 的無名泉樣點中既有屬於超高溫環境類群的泉古菌, 同時又有屬於和常溫環境較接近的泉古菌; 45℃ 的熱爆區樣點的泉古菌, 相對來說則更接近於常溫類群。本次研究表明, 騰衝熱泉與世界其它同類熱泉之間的泉古菌類群存在著一定的差異; 而且兩實驗樣點代表了超高溫和高溫環境泉古菌逐漸向常溫過度的兩個重要環境。

關鍵詞: 泉古菌, 多樣性, 系統發育, 16S rRNA 基因, 克隆文庫, 熱泉, 騰衝

Crenarchaeal Diversity and Phylogenetic Analysis of Two Hot Springs in Tengchong

SONG Zhao-Qi1  CHEN Jing-Quan1  ZHI Xiao-Yang1  HUANG Zhi-Yong2

ZHANG Chuan-Lun2  LI Wen-Jun1*

(1. The Key Laboratory for Microbial Resources of the Ministry of Education, Yunnan Institute

of Microbiology, Yunnan University, Kunming 650091)

(2. Department of Marine Sciences, University of Georgia, Athens, GA 30602, USA)

Abstract: The crenarchaeal diversity and phylogenesis of two hot springs in Tengchong were investigated and analyzed using the construction of 16S rRNA gene clone libraries. Total 18 crenarchaeal sequences were obtained and divided into 12 OTUs. The average similarities between the clone sequences from Wuming hot spring and Rebao hot spring and their closest sequences deposited in GenBank is 92.56% and 93%, respec-tively. Based on the phylogenetic tree constructed by using crenarchaeal 16S rRNA gene sequences, Wuming hot spring not only have hyperthethermophilic crenarchaeal clusters but also have the crenarchaeal clusters that have close phylogenetic relationship with non-thermophilic crenarchaeota. And most of the crenar-chaeota in Rebao spring distribute in normal temperature groups. This study showed that crenarchaeal clus-ters in Tengchong hot springs have some differences with other hot springs in the world, and these springs represent two important environments for investigating the evolutionary origin of the non-thermophilic Crenarchaeoone library.

Keywords: Crenarchaeota, Diversity, Phylogenesis, 16S rRNA gene, Clone library, Hot spring, Tengchong

上世紀80年代末, Woese提出了著名的"三域學說", 將整個生物界分為真細菌域(Bacteria)、古菌域(Archaea)和真核生物域(Eucaryota)3個部分。相對於細菌域和真核生物域, 古菌領域的研究起步較晚, 還不算透徹。最新的NCBI Taxonomy Browser(http:// www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/Browser)顯示, 古菌域分為廣古菌門(Euryarchaeota)、泉古菌門(Crenar- chaeota)、初古菌門(Korarchaeota)和納古菌門(Nanoarchaeota)。由於缺乏足夠的純培養物和 16S rRNA 基因序列信息, 目前初古菌門和納古菌門的分類地位還不能完全確定[1], 研究相對普遍的是泉古菌和廣古菌兩個門。

目前獲得純培養的泉古菌, 主要是從高溫和超高溫環境中分離出的。但隨著免培養技術(Culture- independent techniques)和基於 16S rRNA 基因分子系統發育分析的不斷進步和完善, 研究者們已經證實了非高溫環境中普遍存在有泉古菌, 如：土壤系統[2 4]、淡水和海洋系統[5 9]及軟體動物體內系統[10.11]等。2005年, K?nneke 等人通過連續富集培養, 從常溫海水環境中獲得了1株泉古菌, 這是目前為止得到的唯一1株常溫環境下的泉古菌純培養物, 而且具有很強的氨氧化功能[12]。這些環境中, 泉古菌在種類上和數量上的優勢以及其鮮明的生理代謝方式似乎都表明, 其在所處的生態系統中扮演著重要的角色[12 14]。

但是目前學者們對泉古菌的生態學研究最多的集中在高溫、超高溫環境(≥70℃)和常溫環境(≤30℃), 對於兩溫度之間環境系統的研究還相對較少。而針對陸地熱泉系統中泉古菌多樣性的研究也主要集中在美國黃石公園[15,16]、冰島[17,18]及意大  利[19]等地區。國內有關這方面的報導還不多。

我國西南高原有眾多熱泉分布, 而且溫度、pH值以及水化學成分差異較大, 這為我們開展該環境微生物多樣性研究提供了豐富和寶貴的資源。本研究針對雲南騰衝熱海國家地質公園內的兩處溫度差異較大的熱泉(74℃和45℃), 通過免培養法構建 16S rRNA 基因片段的克隆文庫對其環境中泉古菌的多樣性和系統發育關係進行了研究和分析, 有望為以後國內熱泉生態系統的深入研究打下基礎。

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