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深海科学与工程研究所
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深海微生物细胞生物学研究组

  中国科学院深海科学与工程研究所(简称“深海所”)“深海微生物细胞生物学研究组”受“知识创新工程领域前沿”等项目资助,20137月成立,主要开展:1)微生物对深海极端环境的适应机制;2)深海工程菌开发。 

  研究方向: 

  1)微生物对深海极端环境适应机制的研究 

  深海是典型的黑暗、高压极端环境,嗜压微生物是深海生态系统中的重要类群。随着深海采样技术的发展及高压微生物特殊培养设备的开发,已从深海环境中分离到一系列嗜压微生物,包括一些常压环境不能生长的严格嗜压菌。对深海嗜压微生物的研究,有助于阐明微生物适应高压环境的机制。同时,深海微生物在适应环境的过程中,进化出独特的代谢途径,能产生特殊的代谢产物,具有潜在的应用价值。研究深海嗜压微生物的极端环境生存策略还提高了对生命适应极端环境的认识和理解,有利于探索生命的起源及生命的演化等理论问题。我们以深海微生物细胞生物学为主要研究内容,综合利用基因组学、分子生物学、生物化学、微生物生理学及生物物理学等研究方法,结合显微观测、微流体技术,研究细胞结构、生长、物质、能量代谢及细胞内生物矿化等表征,阐明海斗深渊微生物对高压极端环境的适应机制并为开发利用深渊微生物资源奠定基础。 

  目前我们从三类模式菌入手,研究微生物对深海环境适应机制。第一类是已培养典型模式菌,包括地中海嗜压发光菌Photobacterium phosphoreum和马里亚纳海沟严格嗜压菌Shewanella benthica DB21MT-2Moritella yayanosii DB21MT-5分析压力对能量代谢途径、生长、发光及运动的影响。第二类是从不同海域分离培养的深海菌,研究生境和压力适应关系。这类菌包括我们分离自西南印度洋深海热液喷口样品中的细菌和古菌。我们发现红外辐射,不是红外加热,可以促进一些细菌的生长。我们正在通过组学、细胞生物学、生物物理和显微成像技术研究其机制。第三类是趋磁细菌(Magnetotactic bacteria),这是一类能沿地磁场磁力线运动的细菌的总称,在全球铁、硫、氮等元素的生物地球化学循环以及铁磁性矿物的形成过程中发挥了重要作用。研究不同海洋环境及深度趋磁细菌的群落分布特征及高压对这一独特生物矿化过程的影响,以拓展对趋磁细菌资源的开发利用,加深对生物矿化的起源和演化机制的认识。 

  2)开发深海工程菌 

  揭示微生物对深海极端环境适应机制、开发利用深海微生物资源主要瓶颈包括嗜压微生物培养和遗传工具建立。我们结合深海所工程技术优势,同国内外专家合作,研发微生物压力培养、分析平台。并建立已有模式菌、和未来筛选培养的特殊功能菌的遗传操作系统。同时,利用细菌体内染色体大片段重组技术对深海微生物进行遗传学改造,构建深海工程菌株,以满足研究对深渊极端环境适应机制和开发深海生物资源,生产深海独特代谢产物的需求。 

    

  研究团队: 

  学科带头人: 

  吴龙飞,博士,研究员,博士生导师; 

  电子邮箱:wu@idsse.ac.cn  

  团队成员  

  张维佳,博士,副研究员,硕士生导师; 

  电子邮箱:wzhang@idsse.ac.cn  

  李学恭,博士,副研究员;硕士生导师; 

  电子邮箱:xuegongli@idsse.ac.cn 

  硕士研究生: 

  李安琦,硕士研究生,2019年入学 

    芮,硕士研究生,2020年入学 

  包旭冲,硕士研究生,2020年入学 

  焦泽茜,硕士研究生,2021年入学 

  文定洋,硕士研究生,2022年入学 

    仅,硕士研究生,2022年入学 

  承担科研项目: 

  国家重点研发计划项目课题、子课题 

  国家自然科学基金委面上项目、青年项目 

  海南省重大科技计划项目、子课题 

  海南省自然基金高层次人才项目  

  5年发表的主要学术论文: 

  1. Jiao ZX , Li XG, Zhang HH, Xu J, Bai SJ, Dai J, et al. Crassaminicella indica sp. nov., a novel thermophilic anaerobic bacterium isolated from a deep-sea hydrothermal vent. International journal of systematic and evolutionary microbiology. DOI: 10.1099/ijsem.0.005725 

  2. Chen H, Li DH, Jiang AJ, Li XG, Wu SJ, et al. Metagenomic analysis reveals wide distribution of phototrophic bacteria in hydrothermal vents on the ultraslow-spreading Southwest Indian Ridge. Marine Life Science & Technology. 2021 

  3. Zhang WJ, Zhang C, Zhou S, Li XG, Mangenot S, Fouteau S, et al. Comparative genomic analysis of obligately piezophilic Moritella yayanosii DB21MT-5 reveals bacterial adaptation to the Challenger Deep, Mariana Trench. Microbial genomics. 2021;7(7). 

  4. Li XG, Jiao ZX, Zhang HH, Xu J, Zhang WJ, Qi XQ, Wu LF. Complete genome sequence of Crassaminicella sp. 143-21isolated from a deep-sea hydrothermal vent. Marine Genomics. 2021. 

  5. Li XG, Tang HZ, Zhang WJ, Qi XQ, Qu ZG, Xu J, et al. Thermococcus aciditolerans sp. nov., a piezotolerant, hyperthermophilic archaeon isolated from a deep- sea hydrothermal vent chimney in the Southwest Indian Ridge. International journal of systematic and evolutionary microbiology. 2021;71(8).  

  6. Li XG, Lin J, Bai SJ, Dai J, Jiao ZX, Tang HZ, et al. Crassaminicella thermophila sp. nov., a moderately thermophilic bacterium isolated from a deep-sea hydrothermal vent chimney and emended description of the genus Crassaminicella. International journal of systematic and evolutionary microbiology. 2021;71(11). 

  7. Wang G, Huang Y, Zhang W-J, Peng R, Luo J, Liu S, Bai S, Hu X, Wu Z, Yang F, Shen S, Zhang Y, Tang C, Cui X, Niu L, Lu G, Li S, Deng F, Zhang P*, Du J*, Yin F*. Identification and genome analysis of a novel picornavirus from captive belugas (Delphinapterus leucas) in China. Scientific Reports (2021) 11:21018. 

  8. Chen, H., Li, J., Wu, LF. and Zhang WJ. Morphological and phylogenetic diversity of magnetotactic bacteria and multicellular magnetotactic prokaryotes from a mangrove ecosystem in the Sanya River, South China. Journal of Oceanology and Limnology. 2021;39, 2015–2026. 

  9. Zhang WJ, Wu LF. Flagella and Swimming Behavior of Marine Magnetotactic Bacteria. Biomolecules. 2020;10(3). 

  10. Dai J, Tang HZ, Li XG, Santini CL, Cui WP, Liu N, et al. Resazurin as an indicator of reducing capacity for analyzing the physiologic status of deep-sea bacterium Photobacterium phosphoreum ANT-2200. Journal of Oceanology and Limnology. 2020.  

  11. Li XG, Zhang WJ, Qi XQ, Wu LF. Genome analysis of Crassaminicella sp. SY095, an anaerobic mesophilic marine bacterium isolated from a deep-sea hydrothermal vent on the Southwest Indian Ridge. Marine Genomics. 2020;52.  

  12. Zhang C, Zhang WJ, Yin QJ, Li XG, Qi XQ, Wu LF. Distinct influence of trimethylamine N-oxide and high hydrostatic pressure on community structure and culturable deep-sea bacteria. Journal of Oceanology and Limnology. 2019.  

  13. 李学恭*, 张维佳, 周丽红, 蔡凤海, 吴龙飞.不同降压过程对深海海水中可培养细菌群落组成的影响. 微生物学报 2019; 59:10. 

  14. Yin QJ, Zhang WJ, Qi XQ, Zhang SD, Jiang T, Li XG, et al. High Hydrostatic Pressure Inducible Trimethylamine N-Oxide Reductase Improves the Pressure Tolerance of Piezosensitive Bacteria Vibrio fluvialis. Frontiers in Microbiology. 2018;8. 

  15. Yin QJ, Zhang WJ, Li XG, Zhou LH, Qi XQ, Zhang C, et al. Contribution of trimethylamine N-oxide on the growth and pressure tolerance of deep-sea bacteria. Journal of Oceanology and Limnology. 2019;37(1):210-22. 

  16. Zhang WJ, Cui XH, Chen LH, Yang J, Li XG, Zhang C, et al. Complete genome sequence of Shewanella benthica DB21MT-2, an obligate piezophilic bacterium isolated from the deepest Mariana Trench sediment. Marine Genomics. 2019;44:52-6. 

  17. Li XG, Zhang WJ, Xiao X, Jian HH, Jiang T, Tang HZ, et al. Pressure-Regulated Gene Expression and Enzymatic Activity of the Two Periplasmic Nitrate Reductases in the Deep-Sea Bacterium Shewanella piezotolerans WP3. Frontiers in Microbiology. 2018;9:3173. 

    

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