《珊瑚共生微生物与噬菌体相互作用研究取得新进展》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2024-09-13
  • 全球变暖导致海水温度的升高对全世界的珊瑚礁构成重大威胁。海水升温致使珊瑚共生微生物群落结构和功能改变,珊瑚条件致病菌趁机爆发,引发珊瑚疾病。珊瑚益生菌可以有效增强珊瑚对热胁迫的耐受性,从而延缓珊瑚热白化进程。中国科学院南海海洋研究所王晓雪团队围绕造礁珊瑚丛生盔形珊瑚的益生菌和条件致病菌深入研究,取得了一系列新的研究进展:

    1. 在珊瑚益生菌盐单胞菌(Hm43005)中鉴定到一种新型温和噬菌体Phm3,并详细解析了温和噬菌体Phm3复制、裂解和释放过程的新机制。这一类噬菌体的诱导激活遵循“复制-包装-切离”(Replication-package-excision,RPE)的途径,这种切离前的复制途径赋予了噬菌体扩增并包装宿主侧翼基因进行侧向转导的能力,并且这种侧向转导的效率显著高于普遍性转导。此外,四个裂解基因组成的裂解模块调控该类噬菌体的裂解,Phm3噬菌体裂解宿主的同时会诱导细胞产生外膜囊泡OMV,形成独特的具有侧向转导能力的噬菌体“搭载”OMV的复合形式。这类温和噬菌体在海洋生态系统中分布非常广泛,其介导的侧向转导可以在珊瑚礁生态系统和海洋生态系统中发挥重要的生态作用。相关研究成果以“Active prophages in coral-associated Halomonas capable of lateral transduction”为题,于2024年5月13日在线发表于《The ISME Journal》。中国科学院南海海洋研究所博士刘自尧为论文第一作者,研究员王晓雪和副研究员汤开浩为论文的共同通讯作者。

    2. 在珊瑚益生菌盐单胞菌(Hm43005)中发现新型噬菌体防御系统。在噬菌体与珊瑚共生细菌的军备竞赛过程中,细菌演化出高度多样的噬菌体防御系统以应对噬菌体侵染压力。Hm43005具有广谱的抗噬菌体能力,本研究从Hm43005中鉴定到一种新型噬菌体防御系统-Hma。该系统由单基因hma构成,hma编码融合Swi2/Snf2解旋酶的核酸酶HmaA,该核酸酶可以通过流产感染的方式发挥抗噬菌体的能力。突变分析显示HmaA核酸酶结构域(属于PDD/EXK超家族)的缺刻酶活性在噬菌体防御中至关重要。此外,HmaA同源物广泛分布于珊瑚共生细菌的基因组上,表明这种防御系统可被应用于设计具有高噬菌体抗性的珊瑚益生菌制剂。相关研究成果以“A nuclease domain fused to the Snf2 helicase confers antiphage defence in coral-associated Halomonas meridiana”为题,2024年7月9日在线发表在生物学期刊《Microbial Biotechnology》。中国科学院南海海洋研究所博士刘天朗为论文的第一作者,研究员王晓雪为论文通讯作者。

    3. 受国际知名生物领域学术期刊《PLoS Biology》邀请,结合近年来课题组对珊瑚条件病原菌的研究进展和同期发表的Mass等对珊瑚病原菌T6SS系统的工作,发表了评述文章。文章对温度依赖的珊瑚条件病原菌在温度升高的条件下,突破珊瑚宿主和共生细菌的免疫屏障的机制进行了总结和展望。Mass等人发现当海水温度升高时,溶珊瑚弧菌可激活两套自身编码的六型分泌系统,其中T6SS1携带靶向原核生物的效应蛋白,可用于杀死栖息在同一生态位的其他共生菌;而另外一套则携带靶向真核生物的效应蛋白,可用于抵抗珊瑚宿主的免疫系统。该评论文章题为“High temperatures increase the virulence of Vibrio bacteria towards their coral host and competing bacteria via type VI secretion systems”,9月5日在《PLoS Biology》期刊正式发表。中国科学院南海海洋研究所博士后王伟权为论文的第一作者,研究员王晓雪为论文通讯作者。

    以上研究对珊瑚致病菌的致病机理,以及开发珊瑚益生菌制剂提供了科学依据。研究同时也为维护珊瑚礁生态系统的健康提供了新的科学视角,具有重要的科学价值和生态意义。工作得到国家自然科学基金委基础科学中心项目、国家自然科学基金、国家科技部科技基础资源调查专项、博新计划等项目的资助。

  • 原文来源:https://scsio.cas.cn/news/kydt/202409/t20240906_7340708.html
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    • 编译者:hujm
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    • 上世纪七十年代,美国科学家Woese等提出了三域学说,将地球上的生命分为三种形式(或域),即细菌、古菌和真核生物。古菌常见于高温热泉、盐碱湖、厌氧等极端环境。1984年,德国人Zillig等首次从热泉古菌中分离到了病毒,该病毒形态为此前从未见过的纺锤形(60×100nm),宿主是极端嗜酸嗜热古菌─硫化叶菌(Sulfolobus)。这些纺锤形病毒(Sulfolobus spindle-shaped virus,SSV)属于微小纺锤形病毒科,几乎存在于世界各地的所有高温硫泉中,至今已分离得到20多个病毒株(SSV1~22)。纺锤形是古菌病毒的常见形态,在海洋、盐湖、酸性矿山、极地水体等许多自然环境都已发现。除了形状奇特,纺锤形病毒基因组中约3/4的基因功能未知,这些病毒的衣壳形态构建规则、极端环境适应机制、生活史、与宿主之间的相互作用、起源与进化等成为研究热点。 黄力研究团队致力于研究纺锤形病毒和其他古菌病毒,先后发现了包括四株微小纺锤形病毒(SSV19~22)在内的多个新的古菌病毒,并深入探讨了微小纺锤形病毒的感染过程及关键步骤。解析微小纺锤形病毒结构对于理解病毒组装方式、入侵机制和核酸释放等过程非常重要,但是由于此类病毒衣壳通常柔性较大,先前获得的冷冻电镜结构的分辨率都很低,难以看清微小纺锤形病毒的真实面貌。 黄力团队与湖南师范大学刘红荣、程凌鹏团队合作,利用近期分离的SSV19,获得了近原子分辨率的病毒颗粒尾部结构。研究发现,SSV19的主要衣壳蛋白(major capsid protein)VP1构成七股螺旋,左手盘绕,组成整个病毒衣壳,病毒颗粒的尾部由七次对称的喷嘴蛋白(nozzle protein)C131、连接蛋白(adaptor protein)B210和尾刺蛋白(tailspike protein)VP4组成。七次旋转对称的病毒衣壳结构属首次发现。在尾部和衣壳之间发现了脂质分子,解开了此类病毒脂质定位之谜。 他们还发现尾刺蛋白含有与细菌甘露聚糖水解酶活性部位相似的结构域,提示该病毒可能通过识别、甚至水解细胞表面的糖链进入宿主细胞。有意思的是,VP1与一种古菌杆状病毒的主要衣壳蛋白结构高度相似,说明纺锤形和杆状病毒衣壳有着共同的结构基础;此外,SSV19的喷嘴蛋白与疱疹病毒和细菌噬菌体的相应蛋白在结构上相似,提示这些感染古菌、真核生物和细菌的病毒可能具有共同祖先。 本研究的结果有助于揭示微小纺锤形病毒颗粒组装、宿主识别与进入、病毒DNA释放等环节的分子细节,增加对古菌病毒及其演化规律的认识。 上述工作已于2022年7月27日在线发表于《美国科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,PNAS)。黄力研究员、湖南师范大学刘红荣教授、程凌鹏副教授为该论文的共同通讯作者。湖南师范大学硕士生韩阵、中国科学院微生物研究所博士生袁琬娟为并列第一作者。该研究得到了国家自然科学基金、湖南省自然科学基金创新群体项目等的资助。 论文链接:https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2119439119
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    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
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    • 生活在珊瑚体内的共生藻类构成了珊瑚鲜艳的外表,并为珊瑚生存提供所需的各种营养。目前,科学家们针对藻类和珊瑚体内的微生物已做了大量研究,但珊瑚群落外的微生物群落仍被忽略。伍兹霍尔海洋研究所(WHOI)的一项研究对生活在离珊瑚表面只有几厘米的微生物进行描述和分类,其研究成果已发表在《湖沼学与海洋学》(Limnology and Oceanography)期刊上。 这项研究的主要作者、世界卫生组织和麻省理工学院联合项目的博士生Laura Weber提到,珊瑚礁上布满了微生物,在一毫升的海水中大约有100万个微生物。但是,对珊瑚附近微生物群落的了解很少。之前的一些研究表明,珊瑚可能被独特的微生物细胞所包围,但仍存在很多问题,例如:这些细胞是否随着珊瑚礁种类或位置的差异而异?它们是如何发挥作用的?为了解决这些问题,Weber和她的同事们在多个珊瑚礁周围取样。她认为珊瑚附近的微生物可能在分解珊瑚群落的废物、引入新的营养物质以及潜在地让共生藻类或病原体进入珊瑚本身方面发挥作用。 Weber在古巴南部海岸附近与当地的科学家一起潜入珊瑚礁,从五种不同种类的珊瑚附近的水中采集了几十个小样本。古巴珊瑚礁为这项研究提供了绝佳的机会,因为它们非常遥远,人类活动的影响有限。Weber分析了这些样本中微生物的遗传物质,以确定其中存在哪些物种。她发现不同种类的珊瑚附近确实有不同的微生物群落。Weber提到,在一些地区,与珊瑚共生的细菌内源性单胞菌实际上在距离珊瑚礁比预想中更近的海水中富集。这意味着珊瑚附近的海水对于吸引共生生物到珊瑚表面很重要,或者它代表了珊瑚脱落共生生物的区域。 除了解珊瑚附近有哪些微生物外,Weber还研究了这些微生物的潜在生态功能。结果发现,海水微生物含有能够与珊瑚表面相互作用的基因,这表明海水微生物与珊瑚表面可能存在重要的相互作用。 (刘思青 编译) 图片源自网络