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生物学
潮间带多细胞趋磁原核生物多样性
多细胞趋磁原核生物(Multicellular magnetotactic prokaryotes,MMPs)是一类由含有磁小体的革兰氏阴性原核细胞聚集而成的球形或椭球形细胞聚集体,一般由10~100个细胞组成,个体大小在4~23μm之间,并且可以在地磁场或外加磁场中沿磁力线定向运动,它们均属于δ-变形菌纲,被认为是最古老的生物矿化和感知地球磁场的生物类群。我们在青岛汇泉湾潮间带沉积物环境中,通过光镜观察到球形(spherical,sMMPs)和椭球形(ellipsoidal,eMMPs)两种类型的MMPs。MMPs的丰度随季节变化呈现波动变化,sMMPs的丰度(6×10~3 ind./dm~3)与总MMPs丰度(6×10~3 ind./dm~3)变化一致,是调查区域的优势种类。eMMPs的丰度最高值(10~3 ind./dm~3)出现在七月。eMMPs的大小为9.25±0.79×7.48±0.79μm(n=24),sMMPs的大小为5±0.66μm(n=24)。在荧光显微镜下用不同波长(510~550 nm、450~480 nm、400~410 nm、330~385 nm)的光激发,eMMPs的自发荧光略强于sMMPs。透射电镜分析结果显示,e MMPs细胞内合成长的子弹头形磁小体(135.45±16.48×35.69±3.88 nm,n=169),而sMMPs细胞内合成短的子弹头形磁小体(92.33±10.74×37.71±3.71 nm,n=105),磁小体的排列方式多为单链或成簇排列。通过显微操作挑取MMPs,利用单细胞基因组扩增技术和克隆文库方法,共获得了625个与MMPs相关的16S rRNA基因全长序列,分属于15个OTUs(以序列间相似性97%为标准)。系统发育分析结果表明,7个OTUs(158条序列)属于sMMPs种类,3个OTUs(351条序列)属于eMMPs种类,另外5个OTUs(116条序列)可能属于两个MMPs新种类。在15个OTUs中,4个OTUs与已知MMPs种类序列差异大于3.48%,1个OTU与已知MMP种类序列差异大于7.26%,可能代表了MMPs的4个新种和1个新属。通过对单细胞基因组扩增产物的测序和拼接,我们获得了一个sMMPs(A1)和一个eMMPs(G1)的基因组。结果显示,A1全长10768112 bp,基因组的GC%是36.56%,完整度为97.07%;G1全长9569247 bp,基因组的GC%是34.13%,完整度为95.16%。初步研究结果表明潮间带沉积物环境中存在丰富的MMPs种类,且有可能存在一些未知MMPs物种,这将对我们认知多细胞原核生物的起源进化,探索地球生命早期生物如何效应地磁场、生物矿化起源提供科学依据。
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2020年中国地球科学联合学术年会论文集(二十四)—专题七十:测试新技术及其地质应用、专题七十一:地质大数据、机器学习与人工智能算法应用、专题七十二:地球生物学
2020年
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