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嗜盐耐盐微生物抗盐胁迫相关离子转运蛋白研究进展

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微生物学报 2024年第3期64卷 651-671页

作者：马欣马想蓉朱德锐李永臻邢江娃青海大学医学部基础医学研究中心青海西宁810016

离子转运蛋白在维持细胞内pH稳态、离子动态平衡等方面发挥着重要作用。钠离子转运体和钾离子转运体在嗜盐耐盐微生物中广泛存在,其“保钾排钠”机制是微生物抗盐胁迫的两大策略之一。近年来,嗜盐耐盐微生物中许多新型钠、钾离子转运体... 详细信息

离子转运蛋白在维持细胞内pH稳态、离子动态平衡等方面发挥着重要作用。钠离子转运体和钾离子转运体在嗜盐耐盐微生物中广泛存在,其“保钾排钠”机制是微生物抗盐胁迫的两大策略之一。近年来,嗜盐耐盐微生物中许多新型钠、钾离子转运体被陆续发现,如RDD蛋白、UPF0118蛋白、DUF蛋白和KimA蛋白等;Fe^(3+)、Mg^(2+)等其他金属离子的转运蛋白也被证实可通过影响微生物胞内相容性溶质的合成起到渗透调节的作用。本文综述了嗜盐耐盐微生物中抗盐胁迫相关的各类离子转运蛋白,分析其分子结构和工作机理,并对这些蛋白在农业方面的应用进行了展望。继续发现新的离子转运蛋白,探究抗盐胁迫相关离子转运蛋白的结构和机理,解析各转运系统的协同作用及分子调控机制,将进一步加深对嗜盐耐盐微生物抗盐胁迫调控的认识,并为盐碱地农作物的改良等提供新的思路。

关键词：盐胁迫微生物离子转运蛋白钠离子转运体钾离子转运体

一株嗜碱盐单胞菌ZB109的生长特性及四氢嘧啶发酵条件的优化

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微生物学通报 2024年

作者：陶宇杰韩睿乔丽娟高翔邢江娃王嵘朱德锐青海大学医学院基础医学研究中心青海大学农林科学院

【背景】西藏扎布耶盐碱湖水体富含高浓度CO32-、HCO3-和Na+，可能栖息具有潜在应用价值的盐单胞菌(Halomonas sp.)菌株。【目的】筛选积聚相容溶质四氢嘧啶的盐单胞菌菌株，并分析四氢嘧啶积聚的影响因素和最优发酵条件。【方法】采用H... 详细信息

【背景】西藏扎布耶盐碱湖水体富含高浓度CO32-、HCO3-和Na+，可能栖息具有潜在应用价值的盐单胞菌(Halomonas sp.)菌株。【目的】筛选积聚相容溶质四氢嘧啶的盐单胞菌菌株，并分析四氢嘧啶积聚的影响因素和最优发酵条件。【方法】采用Horikoshi-I培养基分离扎布耶盐碱湖水样中嗜碱盐且能高效积聚四氢嘧啶的盐单胞菌株，并明确生理生化特性和分类学地位。基于单因素条件、Plackett-Burman、Box-Behnken试验和HPLC检测，分析菌株胞内四氢嘧啶积聚量的关键影响因素并优化其发酵条件。【结果】筛选获得扎布耶盐碱湖盐单胞菌共计10株(分属5个种)，优势种是嗜碱盐单胞菌(H. alkaliphila，4株，占40%)。H. alkaliphila ZB109的最佳生长盐度范围为0.5-2.5 mol/L，最适生长pH值8.0-10.0，四氢嘧啶的初始积聚量为303.62 mg/L。菌株ZB109的菌落圆形，边缘光滑，呈黄色，革兰氏染色阴性，显微形态呈短杆状、周身纤毛。NaCl、Mg2+和底物L-谷氨酸钠浓度是菌株ZB109积聚四氢嘧啶的关键影响因素。采用响应面法优化培养条件，菌株ZB109单批次摇瓶发酵48 h的四氢嘧啶积聚量可达696.313 mg/L。【结论】菌株ZB109兼具耐盐和耐碱的生长特性，与其他分离盐单胞菌分离株相比较，四氢嘧啶的积聚潜力更大，可为后续四氢嘧啶的大规模发酵生产提供良好的菌种种质资源。

关键词：嗜碱盐单胞菌生长特性四氢嘧啶发酵条件

转录组和代谢组分析盐度对盐单胞菌合成羟基四氢嘧啶的影响

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水生生物学报 2024年第7期48卷 1193-1204页

作者：张蔓邢江娃朱德锐李永臻青海大学医学部基础医学研究中心西宁810016

为了明确不同盐度对Halomonas campaniensis XH26合成羟基四氢嘧啶(5-hydroxyectoine,5-HE)代谢通路和基础代谢的影响,研究采用无NaCl作为对照组,以12%、14%和16%NaCl浓度梯度作为高盐组。利用转录组测序和液质联用技术(LC-MS)分析了***... 详细信息

为了明确不同盐度对Halomonas campaniensis XH26合成羟基四氢嘧啶(5-hydroxyectoine,5-HE)代谢通路和基础代谢的影响,研究采用无NaCl作为对照组,以12%、14%和16%NaCl浓度梯度作为高盐组。利用转录组测序和液质联用技术(LC-MS)分析了*** XH26在不同NaCl浓度条件下的差异表达基因和差异代谢物,并利用qPCR对与Ectoine和5-HE合成密切相关的差异基因的表达量进行了相对定量分析验证。结果显示,5-HE合成量在高盐组间随盐梯度先增加后降低,并在14%NaCl浓度时达到最高。转录组结果显示,在186个KEGG代谢通路中,差异表达基因在ABC转运蛋白、双组分系统、鞭毛组装等通路中高度富集。筛选到与5-HE合成代谢相关的7个关键基因表达存在差异,包括lysC、ectA、ectB、ectC、ectD、doeC和doeD。qPCR验证结果与转录组学分析结果基本一致。代谢组分析共发现了1159个差异代谢物,主要富集在氨基酸代谢、辅因子-维生素代谢和碳水化合物等代谢通路。研究还筛选出了显著差异的相容性溶质,包括四氢嘧啶、羟基四氢嘧啶和甜菜碱。研究分析了菌株*** XH26的耐盐特性及盐适应机制,初步明确了5-HE产量及合成基因簇表达随盐度变化的规律,为高产5-HE的野生菌的优化和基因工程菌的构建提供了理论基础。

关键词：转录组学代谢组学盐单胞菌羟基四氢嘧啶

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盐境蓝藻次级代谢物应用研究进展

生物学杂志 2024年第4期41卷 102-111页

作者：郭敏陶宇杰王嵘韩睿朱德锐青海大学、医学院、基础医学研究中心西宁810016 青海大学、农林科学院、蔬菜遗传与生理重点实验室西宁810016

蓝藻多分布于海洋、盐湖和超盐环境中,因盐环境的自然选择和遗传分化,已形成特殊的自我适应生存机制,具有独特的群落结构组成、多样性分布和胞内次级代谢产物,目前针对不同盐境中蓝藻的多样性、优势属群、盐适应机制、次级代谢产物的种... 详细信息

蓝藻多分布于海洋、盐湖和超盐环境中,因盐环境的自然选择和遗传分化,已形成特殊的自我适应生存机制,具有独特的群落结构组成、多样性分布和胞内次级代谢产物,目前针对不同盐境中蓝藻的多样性、优势属群、盐适应机制、次级代谢产物的种类分布以及应用,有待深入探究,系统综述不同盐境中蓝藻的种群多样性、群落结构组成和适应生存机制(积累相容溶质和抗氧化剂、平衡胞内离子以及提高抗氧化酶类活性),重点总结胞内次级代谢产物的代表种类(如聚酮类、寡肽与多肽类、生物碱类、脂类、萜类以及多糖类)、化学结构类型和主要生物活性功能等(如抗菌、抗炎、抗肿瘤、抗疟疾和蛋白酶抑制),为后续盐藻的资源挖掘和天然药物开发利用提供参考依据。

关键词：盐境蓝藻优势类群次级代谢产物生物活性

青海盐湖抑菌活性嗜盐菌的筛选及其生物学特征研究

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海洋湖沼通报 2024年

作者：杨海山邹忠阳张鑫赵玲莉张翔张海霞朱德锐李永臻青海大学医学院基础医学研究中心青海大学附属医院

本实验对来自小柴旦盐湖、青海湖和柯柯盐湖的32株嗜盐菌进行发酵并提取胞内产物，采用滤纸片法（K-B法）筛选具有抗菌活性的菌株。结果得到K-20、X-32、Q-10、 Q-19、Q-31等6株嗜盐菌对枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、大肠杆菌（E... 详细信息

本实验对来自小柴旦盐湖、青海湖和柯柯盐湖的32株嗜盐菌进行发酵并提取胞内产物，采用滤纸片法（K-B法）筛选具有抗菌活性的菌株。结果得到K-20、X-32、Q-10、 Q-19、Q-31等6株嗜盐菌对枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、大肠杆菌（Escherichia coli）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、粪肠球菌（Enterococcus faecalis）和漳州芽孢杆菌（Bacillus zhangzhou）等菌株显示抑菌活性。在不同培养条件下研究活性菌株的生物学特征，结果显示6株活性菌革兰氏染色均为阴性，呈长杆状或弧形，菌株最适生长盐浓度（NaCl）范围为0.5～2.5 mol/L，均属于中度嗜盐菌（其中Q-31为耐盐菌），最适生长pH为6.0～8.0，最适生长温度为37 ℃；生化鉴定结果显示，6株菌均能利用酵母抽提物、干酪素、胰蛋白胨等氮源，其中K-20、X-20、X-32和Q-31能使明胶（GEL）液化，X-20、X-32、Q-10和Q-31能产生脲酶（URE），还原硝酸盐；经16S rRNA基因序列比对和系统发育分析，活性菌株分别属于盐单胞菌属（Halomonas）、芽孢杆菌属（Bacillus）、弧菌属（Vibrio）和鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）。

关键词：嗜盐菌筛选抑菌作用生物学特征系统发育

青藏高原尕斯库勒盐湖可培养嗜盐耐盐微生物的群落结构与分离方法对比研究

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海洋与湖沼 2024年第4期55卷 916-930页

作者：马欣马想蓉朱德锐李轩领沈国平邢江娃青海大学医学院基础医学研究中心青海西宁810016

嗜盐耐盐微生物在生物医药、生物酶等领域有着重要的应用潜力。为更好地利用青藏高原的盐湖微生物资源,以青藏高原尕斯库勒盐湖为研究对象,借助Illumina MiSeq测序平台分析盐湖微生物的群落组成,并采用寡营养培养、富集培养和梯度稀释... 详细信息

嗜盐耐盐微生物在生物医药、生物酶等领域有着重要的应用潜力。为更好地利用青藏高原的盐湖微生物资源,以青藏高原尕斯库勒盐湖为研究对象,借助Illumina MiSeq测序平台分析盐湖微生物的群落组成,并采用寡营养培养、富集培养和梯度稀释等方法对嗜盐耐盐微生物进行大规模分离与培养。结果表明,高通量测序获得明确分类地位的细菌有30门50纲81目162科417属,古菌6门7纲9目15科39属。细菌优势属类群以矿生菌属(Fodinibius)和纤维单胞菌属(Gracilimonas)为主。古菌优势属类群以盐红菌属(Halorubrum)为主;纯培养法共获得502株嗜盐耐盐微生物,其中嗜盐耐盐细菌472株,分布在4门5纲7目9科13属,优势属为芽孢杆菌属(Bacillus)和盐单胞菌属(Halomonas),其中巴纽尔斯菌(Balneolota)门Fodinibius属可培养细菌是首次从盐湖中分离得到;嗜盐古菌30株,分布在1门1纲1目3科5属,优势属为Halorubrum。对比不同培养条件下的分离结果发现,1/2 TSA培养基和1/2 RCA培养基更有利于嗜盐耐盐细菌的分离,最佳富集天数为7天和30天,稀释梯度10-1和10-2可与未稀释样本互为补充来增加可培养嗜盐耐盐细菌的多样性;1/102216E培养基更适合于古菌的分离,最佳富集天数为7天和14天,且样本不稀释分离效果更好。研究结果可为青藏高原盐湖可培养微生物的分离方案优化提供理论依据和数据支撑。

关键词：尕斯库勒盐湖嗜盐耐盐微生物分离培养生物多样性高盐环境

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西藏扎布耶盐碱湖真核浮游生物的群落结构与多样性分析

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微生物学通报 2024年第6期51卷 1970-1982页

作者：陶宇杰乔丽娟郭敏薛彬娟逯心玥王嵘韩睿朱德锐青海大学医学院基础医学研究中心青海西宁810016 青海大学农林科学院青海西宁810016

【背景】西藏扎布耶盐碱湖(Zabuye saline-alkali Lake,ZL)是以水体富含高浓度CO_(3)^(2-)、HCO_(3)^(-)和Na^(+)为显著特性的盐碱湖,涉及真核浮游生物多样性的相关研究尚未深入。【目的】系统探究扎布耶盐碱湖真核浮游生物的多样性,明... 详细信息

【背景】西藏扎布耶盐碱湖(Zabuye saline-alkali Lake,ZL)是以水体富含高浓度CO_(3)^(2-)、HCO_(3)^(-)和Na^(+)为显著特性的盐碱湖,涉及真核浮游生物多样性的相关研究尚未深入。【目的】系统探究扎布耶盐碱湖真核浮游生物的多样性,明确真核浮游生物的群落结构组成和真菌的营养方式。【方法】采用18S r RNA基因序列(V5-V7区)高通量测序分析扎布耶盐碱湖真核浮游生物的群落结构组成和物种多样性;基于盐碱湖水化学特征和Spearman相关系数分析属类群与环境因子的相关性,并使用FUNGuild数据库预测真菌的营养方式。【结果】Illumina测序获得真核浮游生物共计两界(原生动物界和真菌界) 12门20纲25属。优势真核浮游生物门类群依次是Aphelidea (0.12%-51.84%)、Nucleariidae-Fonticula超类群(0%-91.70%)、子囊菌门(Ascomycota,1.38%-9.04%)和担子菌门(Basidiomycota,0.20%-10.16%)。常见属(相对丰度≥1%)主要有Nuclearia (0%-91.70%)、镰孢菌属(Fusarium,1.38%-4.32%)、Paraphelidium (0%-4.57%)和纤毛虫属(Homalogastra,0%-4.39%)。纤毛虫属、Protosporangium和Nuclearia与Na^(+)、K^(+)、Ca^(2+)等离子浓度及总盐度呈极显著正相关,与温度(T)、总磷(TP)、总有机碳(TOC)和p H呈极显著负相关。各样本中浮游真菌的功能大多数未知,并且均存在腐生营养型真菌(saprotroph,1.38%-5.24%)。【结论】扎布耶盐碱湖真核浮游生物群落结构与其他地区盐碱湖相似,即优势门是子囊菌门和担子菌门,但是存在Aphelidea和Nucleariidae-Fonticula超类群等特殊的优势门类群;群落结构与扎布耶盐碱湖的离子特征参数密切相关;浮游真菌的主要营养类型是腐生营养型。

关键词：扎布耶盐碱湖真核浮游生物群落结构生物多样性高通量测序

宏基因组学研究克鲁克-托素湖微生物群落结构及功能代谢

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海洋湖沼通报(中英文) 2024年

作者：林子静龙启福沈国平邢江娃朱德锐李永臻青海大学医学院基础医学研究中心

克鲁克湖和托素湖（KLK-TS）湿地位于青藏高原东部，地理位置特殊，其生态系统具有独特的生物多样性。本文基于宏基因组学方法对克鲁克-托素湿地微生物多样性进行研究，并分析两湖泊水体微生物的群落结构和功能基因的差异。结果表明，... 详细信息

克鲁克湖和托素湖（KLK-TS）湿地位于青藏高原东部，地理位置特殊，其生态系统具有独特的生物多样性。本文基于宏基因组学方法对克鲁克-托素湿地微生物多样性进行研究，并分析两湖泊水体微生物的群落结构和功能基因的差异。结果表明，两湖的微生物优势类群在门水平上基本相同，但相对丰度有差异：克鲁克湖中变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门(Actinobacteria)和疣微菌门(Verrucomicrobia)为优势菌门，托素湖则以变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门(Bacteroidetes)为主。通过KEGG数据库对比分析发现克鲁克-托素湖在全局和总览图 (Global and overview maps)、碳水化合物代谢（Carbohydrate metabolism）和氨基酸代谢（Amino acid metabolism）的功能基因较为丰富。本研究结果旨在增加对克鲁克-托素湖水体微生物群落结构及代谢功能的理解，为高原湿地环境的综合治理和保护提供新的知识。

关键词：克鲁克湖托素湖宏基因组群落结构代谢通路

四氢嘧啶对HaCaT细胞活力及AQP3、Claudin-1、ZO-1表达的影响

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中国高原医学与生物学杂志 2024年第2期45卷 131-137页

作者：高翔严雅军徐烁乔丽娟李欣冉朱德锐青海大学医学部基础医学研究中心西宁810016

目的研究四氢嘧啶(Ectoine)对人角质形成细胞(HaCaT)的细胞活力、细胞凋亡率和细胞活性氧(ROS)的影响,并分析水通道蛋白3(AQP3)、紧密连接蛋白-1(Claudin-1)、闭锁连接蛋白(ZO-1)的表达水平。方法设置Ectoine浓度实验组和空白对照组,培... 详细信息

目的研究四氢嘧啶(Ectoine)对人角质形成细胞(HaCaT)的细胞活力、细胞凋亡率和细胞活性氧(ROS)的影响,并分析水通道蛋白3(AQP3)、紧密连接蛋白-1(Claudin-1)、闭锁连接蛋白(ZO-1)的表达水平。方法设置Ectoine浓度实验组和空白对照组,培养HaCaT细胞(24 h),采用CCK8法检测HaCaT细胞的细胞活力,甄选最佳的Ectoine作用浓度。用Western Blot法检测HaCaT细胞的AQP3、Claudin-1、ZO-1表达水平;用流式细胞仪检测HaCaT细胞的凋亡率及胞内ROS水平。结果CCK8法检测结果显示,0.10%Ectoine组、0.20%Ectoine组、0.30%Ectoine组的HaCaT细胞活力均高于120%,其中0.20%Ectoine组最高(146.92%±7.67%)。Ectoine浓度实验组相对于空白对照组,HaCaT细胞的AQP3、Claudin-1、ZO-1表达水平明显升高(P<0.05),且细胞凋亡率和胞内ROS水平均明显降低(P<0.05)。结论Ectoine可提高HaCaT细胞的细胞活力,降低凋亡率和胞内ROS水平,上调AQP3、Claudin-1、ZO-1表达水平。Ectoine可能与相关保湿蛋白的表达相关,对HaCaT细胞具有一定的保护作用。

关键词：四氢嘧啶人角质形成细胞水通道蛋白3 紧密连接蛋白-1 闭锁连接蛋白