（遗传学专业论文）青岛近海海域噬藻体g20基因多样性的研究.pdf

青岛近海海域噬藻体g 2 0 基因多样性的研究 学位论文完成日期： 指导教师签字： 答辩委员会成员签字： 一 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得( 洼! 垫遗查基丝益要壁别 直明的：奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：同辨签字日期：划d 年5 月3 0 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：阁辞 导师擗易传 签字日期：) o t o 年5 月弓。日 签字日期：2 e l o 年5 月弓d 日 青岛近海海域噬藻体9 2 0 基因多样性的研究 摘要 噬藻体是一类感染原绿球藻、聚球藻以及其它单细胞蓝细菌的病毒。噬藻体 广泛分布于各类海洋生态系统中，是海洋微生物群落的重要组成部分，在维持海 洋生态系统的稳定，调控海洋生物生产量和碳氮循环，影响蓝细菌的结构演替以 及防止藻类污染等方面都起到了非常重要的作用。研究噬藻体在不同海域、不同 环境中的遗传多样性有助于我们探索噬藻体的分布规律及其生态地位，为进一步 探讨人类活动和环境污染对其多样性的影响奠定基础，也为环境评价提供数据参 考和理论依据。 噬藻体是海洋生态系统中多样性极其丰富的一类生物群体。研究者们利用 9 2 d 基因陆续对南大洋、太平洋东岸、北冰洋和大西洋北部海域中噬藻体的多样 性进行了研究，并取得了丰硕的成果，而对于太平洋西岸海域中噬藻体多样性的 情况尚未有涉猎。在我国噬藻体的研究主要集中在淡水噬藻体的分离、全基因组 的测序等方面，未有对海洋噬藻体多样性方面的研究报道。本文首次报道了位于 太平洋西岸的青岛近海海域中噬藻体的种群组成及其亲缘关系，填补了我国海洋 噬藻体遗传多样性研究的空白。 。 青岛近海( 3 5 - - - 3 6 8 0 n ，11 9 - 一1 2 1 6 0 e ) 位于西太平洋的边缘，全部为大陆架 所占的浅海，是我国海洋研究的重点区域之一。本文采用r f l p 技术对随机挑取 的6 0 0 个阳性克隆进行分析，获得了1 6 个海洋噬藻体的9 2 0 基因型，其多样性介于 其它海域之间，这表明青岛近海海域中噬藻体的遗传多样性较为丰富。通过对获 得的序列进行系统树构建和遗传学分析将其分为两簇。一簇与c l u s t e r 聚为一 团，该簇代表宿主为聚球藻w h 7 8 0 3 和类似w h 7 8 0 3 的裂解性噬藻体，并广泛分 布于各类不同的海洋生态系统中。该簇中的6 条序列与p 7 7 的核苷酸序列相似度高 达9 7 。另一簇是一簇新颖的噬藻体，该簇噬藻体是在青岛近海中首次发现的， 将其命名为c l u s t e rw 。该簇序列以1 0 0 的置信值聚在一起，但未能与其它的噬 藻体序列聚类，并且与邻近簇的遗传学距离相差较大，其确切的分类地位需要进 一步研究确定，极富研究价值。 关键词：噬藻体；多样性；r f l p ；青岛近海 扣g e n ediv e r sit yo fc y a n o p h a g ec o m m u nit yint h e y e | io ws e ac o a s t aia r e aa r o u n dqin g d a o a b s t r a c t c y a n o p h a g e sa l ev i r u s e st h a ti n f e c ts y n e c h o c o c c u s ，p r o c h l o r o c o c c u sa n do t h e r u n i c e l l u l a rc y a n o b a c t e r i a c y a n o p h a g e s ，a sa ni m p o r t a n tp a r to ft h ea q u a t i cm i c r o b i a l c o m m u n i t y ，p l a yak e yr o l ei nm a i n t a i n i n gt h es t a b i l i t y o fm a r i n ee c o s y s t e m s ， r e g u l a t i n gt h eb i o l o g i c a lp r o d u c t i o na n dc y c l i n go fc a r b o na n do t h e rn u t r i e n t si nt h e s e a , i n f l u e n c i n gt h ed y n a m i c so fc y a n o b a c t e r i ap o p u l a t i o n sa n ds oo n i na d d i t i o n , s t u d i e ss h o wt h a tu s i n gc y a n o p h a g e st op r e v e n ta n dc o n t r o la l g a lb l o o md i s p l a y s c o n s i d e r a b l ed e v e l o p m e n tp r o s p e c t s s t u d i e so nc y a n o p h a g ed i v e r s i t yi n d i f f e r e n t l o c a t i o n sa n de n v i r o n m e n tw i l lh e l pi no u ru n d e r s t a n d i n go ft h er o l e so fe y a n o p h a g e d i s t r i b u t i o na n dt h e i re c o l o g i c a ls t a t u s a n dt h ek n o w l e d g eo fc y a n o p h a g ed i v e r s i t y w i l lh e l pm a k eas o l i df o u n d a t i o nf o rd i s c u s s i n gt h ei m p a c to fh u m a na c t i v i t i e sa n d e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o no nb i o l o g i c a ld i v e r s i t ya n dp r o v i d er e f e r e n c ed a t aa n d t h e o r e t i c a lf o u n d a t i o nf o re n v i r o n m e n t a la s s e s s m e n t c y a n o p h a g e st h a td i s t r i b u t ew i d e l yi na q u a t i cs y s t e m s a r ec o n s i d e r e d 舔a d i v e r s ec o m m u n i t y u pt od a t e ，m o s ts t u d i e sb a s e do n9 2 0g e n ef o c u s e do n c y a n o p h a g ed i v e r s i t yi nt h es o u t h e mo c e a n ，t h ee a s t e r np a c i f i c ，t h ea r c t i ca n dt h e n o r t ha t l a n t i c ，b u t1 1 0i n f o r m a t i o na b o u tc y a n o p h a g ed i v e r s i t yo ft h ew e s t e r np a c i f i c h a sb e e nr e p o r t e d w h i l ei nc h i n a , r e s e a r c h e sa b o u tc y a n o p h a g ed i v e r s i t yw e r e f o c u s e do nc y a n o p h a g ei s o l a t i o n s ，w h o l eg e n o m es e q u e n c i n ga n ds oo ni nt h e f r e s h w a t e r , n oi n f o r m a t i o na b o u tt h eg e n e t i cd i v e r s i t yo fm a r i n ec y a n o p h a g e sh a s b e e nr e p o r t e d t h i sa r t i c l ef i r s t l yr e v e a l e dc y a n o p h a g es t r u c t u r ea n dt h e i ra f f i l i a t i o n s i nt h ey e l l o ws e ac o a s t a la r e aa r o u n dq i n g d a ow h i c hb e l o n g st ot h ew e s t e m p a c i f i c t h ey e l l o ws e ac o a s t a la r e aa r o u n dq i n g d a o ( 3 5 - - 3 6 8 0 n ，11 9 1 2 1 0 e ) ，a p a r to ft h em a r g i nc o a s t a la r e ao f t h ew e s t e r np a c i f i c ，i sc h a r a c t e r i s t i co ft h es h e l f s e a a n di ti sa l li m p o r t a n to c e a nr e s e a r c hr e g i o no fc h i n a i nt h i ss t u d y ，w ee x a m i n e d m a r i n ec v a n o p h a g ed i v e r s i t yi nt h ey e l l o ws e ac o a s t a la r e aa r o u n dq i n g d a ob y r f l pa n a l y s i s w ep i c k e d6 0 0p o s i t i v ec l o n e sr a n d o m l ya n df o u n d 16d i s t i n c t c y a n o p h a g e9 2 0g e n o t y p e sa n di t sd i v e r s i t yl i e sa m o n go t h e rm a r i n ea r e a s ，w h i c h s h o w st h a tc y a n o p h a g ec o m m u n i t yi nt h i sc o a s t a l a r e aw a sg e n e t i c a l l yd i v e r s e p h y l o g e n e t i ca n a l y s e sp l a c e dt h e 16d i s t i n c t9 2 0g e n o t y p e si n t ot w om a i nc l u s t e r s o n ew a sp r e v i o u s l yd e s i g n a t e d 蠲c l u s t e rh i ，t h i sc l u s t e rw a sd e t e r m i n e dt op o s s i b l y r e p r e s e n tl y t i cp h a g e st h a ti n f e c tw h 7 8 0 3a n dw h 7 8 0 3 一l i k es y n e c h o c o c c u s ，a n d c v a n o p h a g e si n t h i sc l u s t e rw g l es e e nt oa d a p t t o w i d e l yd i f f e r i n g m a r i n e e n v i r o n m e n t s 6s e q u e n c e so ft h i sc l u s t e rs h a r e dm o r et h a n9 7 n u c l e o t i d es e q u e n c e s i m i l a r i t yw i t hp 7 7 t h eo t h e rc l u s t e rw a sn o v e l ，i tw a sf i r s t l yd i s c o v e r e di nq i n g d a o c o a s t a la r e aa n dw en a m e di tc l u s t e rw t h ei d e n t i t i e so f t h em e m b e r si nc l u s t e rw w e r ee n i g m a t i cd u et ot h e i rl a c ko fg r o u p i n gw i t ho t h e r9 2 0s e q u e n c e so b t a i n e df r o m p r e v i o u ss t u d i e sa n dt h e i re v o l u t i o n a r yd i s t a n c ew e r ef a ra w a yw i t ho t h e rk n o w n c l u s t e r s f u r t h e rs t u d i e sa len e e d e dt od e t e r m i n et h ec l a s s i f i c a t i o no ft h e i re x a c t p o s i t i o n s ，a n di tw i l lb eas u b j e c tw o r t h yo fd e e pa n di n c l u s i v er e s e a r c h k e yw o r d s ：c y a n o p h a g e ；d i v e r s i t y ；r f l p ；t h ey e li o w s e ac o a s t a la r e aa r o u n d 0 i n g d a o 一一一一一一一 目录 第一章海洋噬藻体遗传多样性的研究概况1 1 噬藻体的分类3 1 1 肌尾科噬藻体( c y a n o m y o v i m s ) 5 1 2 长尾科噬藻体( c y a n o s t y l o v i r u s ) 5 1 3 短尾科噬藻体( c y a n o p o d o v i m s ) 6 2 影响噬藻体遗传多样性的因素6 2 1 噬藻体自身的遗传变异与基因漂移6 2 2 宿主7 2 3 空间分布8 2 4 季节8 2 5 盐度等其它环境因素9 3 噬藻体遗传多样性研究常用的靶基因一9 3 1 醇灌因l o 3 2 光合基因1 1 3 3d n a 聚合酶基因1 2 3 4m a z g 基因- 1 3 3 59 9 j 基因1 3 4 噬藻体遗传多样性的研究方法1 4 4 1r f l p 技术1 4 4 2d g g e 技术1 6 4 3p f g e 技术1 6 4 4f i s h 技术1 7 4 5 宏基因组学1 8 5 结语1 9 第二章青岛近海海域噬藻体口口基因多样性的研究2 1 1 材料和方法2 2 1 1 试剂与仪器2 2 1 1 1 试剂2 2 1 1 2 仪器2 3 1 2 方法2 3 1 2 1 样品的采集及浓缩2 3 1 2 2d n a 的提取2 4 1 2 3 目的片段的扩增和p c r 产物的纯化2 4 1 2 4 克隆文库的构建与阳性克隆的筛选2 4 1 2 5r f l p 分析和测序2 5 1 2 6 系统树的构建2 5 2 实验结果2 6 2 1 病毒的浓缩和d n a 的提取2 6 2 2 目的片段的扩增2 6 2 3 克隆文库的构建和筛选2 7 2 4r f l p 分析和测序2 8 2 5 系统树的构建2 9 3 讨论3 1 4 小结3 7 参考文献3 8 致谢4 4 附录4 5 青岛近海海域噬藻体9 2 0 基因多样性的研究 第一章海洋噬藻体遗传多样性的研究概况 噬藻体( c y a n o p h a g e ) 是一类感染原绿球藻( p r o c h l o r o c o c c u s ) 、聚球藻 ( s y n e c h o c o c c u s ) 和其它蓝细菌的病毒，在分类学上属于有尾噬菌体目。噬藻体 广泛存在于全球水生生态系统中，数量极其丰富，近海海域中噬藻体的数量可达 到1 0 3 n l l 1 0 5 m l ，有时甚至能达至l j l 0 6 m l ( z h o n ge ta 1 ，2 0 0 2 ；w a n ga n dc h e n , 2 0 0 4 ) 。蓝细菌是类最原始、最简单的原核藻类生物，基因组大小约为3 0 6 0 k b ( 赵以军等，2 0 0 3 ) ，直径一般介于0 6 3 0p m 之间。目前，研究较多的蓝细菌 类群主要有原绿球藻和以聚球藻为代表的蓝藻。蓝藻具有极大的适应性，这与蓝 藻细胞壁外被胶质衣鞘有关，能抵御不同的环境变化，可以在其它门藻的物种通 常不能忍受的环境条件下生存，几乎分布于各种类型的水域中。根据蓝藻的形态 结构和繁殖类型将其分为色球藻目( c h r o o c o c c a p s a l e s ) 、管孢藻目 ( c h a m a e s i p h o n a l e s ) 和颤藻目( o s c i l l a t o r i a l e s ) ，具体的分类情况见表1 1 ( 钱树 本等，2 0 0 5 ) 。蓝藻是海洋中的主要初级生产者( w h i t t o n ，2 0 0 7 ) ，其中富含藻红蛋 白的聚球藻( s y n e c h o c o c c u s ) 是大多数热带、亚热带海域的主要初级生产者之一， 其在近海海域中的初级生产力可达到总初级生产力的2 5 ( z w i r g t m a i e re ta 1 ， 2 0 0 8 ；z h o n ge ta 1 ，2 0 0 2 ) 具有非常重要的生态学意义。噬藻体与其宿主的关系非 常密切，采用不同的方法估计每天约有2 - - - 8 的聚球藻被噬藻体所侵染( g a r z a a n ds u t t l e ，1 9 9 8 ；s u t t l ea n dc h a n ，1 9 9 4 ) 。 噬藻体是水生微生物群落的重要组成部分，在调控生物生产量、蓝细菌的其 结构演替、生物地球化学循环和调节水生生态系统中微生物个体之间的基因转移 等方面都起到非常重要的作用( l ue ta 1 ，2 0 0 1 ) 。此外，噬藻体是一类具有种属特 异性的蓝细菌致死者，利用噬藻体防治水华、赤潮非常具有发展潜力( 杨小茹等， 2 0 0 1 ) ，同时可以减少环境污染，利于自然界的生态平衡。 噬藻体的研究始于上个世纪六十年代，19 6 3 年，s a f f e r m a n 和m o r r i s 分离出第 一株淡水噬藻体l p p ，该病毒广泛存在于湖泊、池塘和污泥中，能同时感染鞘丝 藻、席藻和织线藻( l y n b y a ，p h o r m i d i u m 和p l e v t o n e m a ) ( s a f f e r m a na n dm o r r i s ， 1 9 6 3 ) ；1 9 7 2 年，k o z y a k o v 等( 1 9 7 2 ) 在多变鱼腥藻( a n a b a e n av a r i a b i l i s ) 中分离 青岛近海海域噬藻体g e o 基因多样性的研究 色球藻属 小型色球藻 柬球藻属圆胞束球藻 色球藻目色球藻科 微囊藻属 c l 瑚0 c o c c a p s a l e s 粘杆藻属 铜锈微囊藻 线形粘杆藻 蓝纤维藻属针状蓝纤维藻 聚球藻属 平裂藻属 腔球藻属 管孢藻科管孢藻属 管孢藻目 皮果藻科皮果藻属 c h a m a e s i p h o n a l 懿 宽球藻科蓝枝藻属 颤藻目 o s c i l l a t o r i a l e s 颤藻科 念珠藻科 双歧藻科 胶须藻科 聚球藻 裂面藻 囊球藻 筒管孢藻 草绿皮果藻 簇生蓝枝藻 藻体单细胞或非丝 状群体，一般呈球 形、平板状或团块 状。繁殖方式通常为 营养细胞的分裂，也 有少数菌体能产生 微孢子，不产生内、 外生孢子。 藻体单细胞或群体， 胶质鞘具有层纹或 为特殊的胶质鞘管。 繁殖方式为内、外生 孢子。 束毛藻属汉氏束毛藻 颤藻属短丝颤藻 鞒丝藻属丝状鞘丝藻 螺旋藻属微海生螺旋藻 鞘藻属喜泥微鞘藻 藻体为丝状体口繁殖 时形成藻殖段、异性 念珠藻属 念珠藻 孢或厚壁孢子。 鱼腥藻属多变鱼腥藻 双歧藻属多胞双歧藻 单歧藻属半盐生单歧藻 眉藻属丝状眉藻 胶须藻属黑胶须藻 多列藻科 海雹菜属海雹菜 2 青岛近海海域噬藻体9 2 0 基因多样性的研究 得到噬藻体a 1 ( l ) 。随后，陆续有淡水噬藻体被分离，此阶段的研究成果主要集 中在噬藻体的分离和生态学特性的研究方面( 赵以军等，2 0 0 3 ) ，对其遗传多样性 的研究甚少。2 0 世纪九十年代，随着分子生物学技术的兴起，对噬藻体遗传多样 性的研究得以深入开展，同时期海洋噬藻体的相关研究也开始起步( s u t t l ee ta 1 ， 1 9 9 0 ) ，特别是对感染海水中聚球藻的噬藻体的研究日益升温。1 9 9 8 年，f u l l e r 等 ( 1 9 9 8 ) 发现在肌尾科噬藻体的很多个体中都有一段相对保守的序列，该序列与t 4 噬菌体中编码衣壳组装蛋白的9 2 0 基因高度相似，通过对该保守序列进行研究设 计出引物c p s i c p s 2 ，自此开始了在分子生物学水平上对噬藻体遗传多样性的研 究。为了进一步了解海洋噬藻体的遗传多样性及其之间的系统发生关系，学者们 ( z h o n ge la , 2 0 0 5 ；f u l l e re la , 19 9 8 ；m a r s t o na n ds a l l e e ，2 0 0 3 ) 基于醇0 基因设计了 c p s 系列引物，并展开了对不同水域以及不同生活环境中噬藻体遗传多样性的研 究。此外，迄今已有p 6 0 、p s s p 2 、p s s p 4 、p s s p 7 、s p m 2 、p s s m 2 、p s s m 4 、 s y n 9 、s r s m 4 、p f - w m p 3 和p f - w m p 4 十一种噬藻体被分离并完成了基因组序列 的测序，得到了相应的开放读码框，并获得了m a z g 基因等多种特异性的功能基 因( m a n n e ta 1 ，2 0 0 5 ；c h e l aa n dl u , 2 0 0 2 ；s u l l i v a ne ta 1 ，2 0 0 5 ；h a r d i e se ta 1 ，2 0 0 3 ； w e i g e l ee ta 1 ，2 0 0 7 ；l i ue ta 1 ，2 0 0 7 ；l i ue la 1 ，2 0 0 8 ；m i l l a r de ta 1 ，2 0 0 9 ) 。噬藻体全 基因组序列的测通对有关噬藻体和蓝细菌的生物学特性、亲缘关系及其分类等方 面进行基因水平的研究有着重要的意义，并为噬藻体遗传多样性研究的开展提供 了基础资料。 1 噬藻体的分类 噬藻体一般根据宿主的名称来命名，即取宿主拉丁文的第一个字母，如s m 病毒( s a f f e r m a ne ta 1 ，1 9 6 9 ) ( 它可同时侵染聚球藻和微囊藻，s y n e c h o c o c c u s 和 m i c r o c y s t i s ) ，后来人们发现有些病毒存在不同的血清学亚型，就在其名称的后 面加上阿拉伯数字来表示。噬藻体还可以根据宿主的形态来命名，蓝细菌有丝状 和单细胞两种基本形态，相应的将噬藻体分为丝状噬藻体和单细胞噬藻体，它们 感染和复制的机制差别非常明显。 青岛近海海域噬藻体9 2 0 基因多样性的研究 表l - 2 已报道的部分噬藻体及其分类 t a b l ei - 1t h ep a r t i a lc y a n o p h a g e sa n dt h e i rc l a s s i f i c a t i o na c c o r d i n gr e p o r t e ds t u d i e s 长尾病毒科( s i p h o v i r i d a e ) 短尾病毒科( p o d o v i r i d a e ) a 2 p s s m 8 p r s m 4 p s s m 2 p s s m 4 p s s m 9 p r s m 3 s m 2 s s m l s s s m l p 6 0 s y n 3 3 s w h m l s p 1 2 s r s m 2 s b m 4 s r s m 8 8 s y n 9 s y n l 0 s s s m 3 s y n l s s h m 2 s s s m 5 s y n l 9 p s s i p s s 2 p i - s s p 3 p s s p 7 p g s p l p f - w n 口3 p f 二w n 咿4 l p p 1 a n a b a e n a p r o c h l o r o c o c c u sm i t 9 211 p r o c h l o r o c o c c u sm i t 9 3 0 3 p r o c h l o r o c o c c u sn a t l la p r o c h l o r o c o c c u s 必死1a p r o c h l o r o c o c c u sn a t l 2 a p r o c h l o r o c o c c u sn a t l 2 a s y n e c h o c o c c l i s s y n e c h o c o c c u sw h 6 5 0 1 s y n e c h o c o c c u sw h 6 5 0 1 s y n e c h 0 c o c c l 4 5w h 7 8 0 3 s y n e c h o c o c c u sw h 7 8 0 3 s y n e c h 0 c o c c l l $ w h 7 8 0 3 s y n e c h o c o c c u sw h 7 8 0 3 s y n e c h o c o c c u sw h 7 8 0 3 s y n e c h o c o c c u sw h 7 8 0 3 s y n e c h o c o c c u sw h 7 8 0 3 s j m e c h o c o c c u sw h 7 8 0 3 s y n e c h o c o c c u sw h 8 0 1 7 s y n e c h o c o c c u sw h 8 0 1 8 s y n e c h o c o c c l i 晖w h s i 0 1 s y n e c h o c o c c u sw h 8 10 2 s y n e c h o c o c c u sw h 8 10 2 s y n e c h o c o c c u sw h 8 10 9 p r o c h l o r o c o c c u sm i t 9 313 p r o c h l o r o c o c c u s t 9 313 p r o c h l o r o c o c c u sm i t 9 31 2 p r o c h l o r o c o c c u sn 正d 4 p r o c h l o r o c o c c u s 诬d 4 p h o r m i d i u mf o v e o l a r u m p h o r m i d i u mf o v e o l a r u m p h o r m i d i u mu n c i n a t u m f r a n c h e ，19 8 7 s u l l i v a ne ta 1 2 0 0 6 s u l l i v a ne ta 1 ，2 0 0 6 l i n d e l le ta 1 ，2 0 0 4 l i n d e l le ta 1 2 0 0 4 s u l l i v a ne ta 1 ，2 0 0 6 s u l l i v a ne ta 1 ，2 0 0 6 s a f f e r m a ne ta 1 ，19 6 9 s u l l i v a ne ta 1 ，2 0 0 6 s u l l i v a ne ta ，2 0 0 6 c h e na n dl 1 1 2 0 0 2 s u l l i v a ne ta 2 0 0 6 m i l l a r de ta 1 2 0 0 4 m i l l a r de ta 1 ，2 0 0 4 m i l l a r de ta 1 2 0 0 4 m i l l a r de ta 1 ，2 0 0 4 m i l l a r de ta 1 ，2 0 0 4 s u l l i v a ne ta 1 ，2 0 0 6 s u l l i v a ne ta 1 ，2 0 0 6 s u l l i v a ne ta 1 ，2 0 0 6 s u l l i v a ne ta 1 2 0 0 6 s u l l i v a ne ta 1 2 0 0 6 s u l l i v a ne ta 1 ，2 0 0 6 s u l l i v a ne ta 1 2 0 0 6 s u l l i v a ne ta l ，2 0 0 6 s u l l i v a ne ta 1 ，2 0 0 6 s u l l i v a ne ta ，2 0 0 6 l i n d e l le ta 1 ，2 0 0 4 s u l l i v a ne ta 1 ，2 0 0 6 l i u “a 2 0 0 8 l i u 鲥a l 。2 0 0 7 b i s e ne ta 1 2 0 0 6 s y n l 2 s y n e c h o c o c c u sw h 8 0 1 7 s u l l i v a ne ta l ，2 0 0 6 s y n 5 s y n e c h o c o c c u sw h 8 10 9s u l l i v a ne ta 1 ，2 0 0 6 一一_ 一 4 青岛近海海域噬藻体9 2 0 基因多样性的研究 至今所报道过的噬藻体都是双链d n a 病毒，属于有尾噬菌体目，根据其形 态的不同，国际病毒学分类委员会( i c t v ) 将其分为三个科：肌尾病毒科 ( m y o v i r i d a e ) 、长尾病毒科( s i p h o v i r i d a e ) 和短尾病毒科( p o d o v i r i d a e ) 。肌 尾病毒科的特点是有一条中央管和能伸缩的尾巴，对应于t 4 为代表的噬菌体科， 如：a s 1 ( 宿主为组囊藻和聚球藻，a n a c y s t i s 和s y n e c h o c o c c u s ) 、a - 2 ( 宿 主为鱼腥藻，a n a b a e n a ) ；长尾病毒科的特点是含有长的、不能伸缩的尾巴， 对应于九为代表的噬菌体科，如：s 1 ( 宿主为聚球藻，s y n e c h o c o c c u s ) 、s m 2 ( 宿主为聚球藻和微囊藻，s y n e c h o c o c c u s 和m i c r o c y s t i s ) ；短尾病毒科的特 点是尾巴较短，对应于t 7 为代表的噬菌体科，如：l p p 1 ( 宿主为鞘丝藻、席藻 和织线藻，l e n b y a 、p h o r m i d i u m 和p l e c t o n e m a ) 、s m 1 ( 宿主为聚球藻和微囊 藻，s y n e c h o c o c c u s 和m i c r o c y s t i s ) 。肌尾科噬藻体广泛分布于各类海洋生态 系统中，大部分为裂解性病毒，宿主范围较广；而长尾科噬藻体和短尾科噬藻体 易于生活在温度适中、中营养化的水体中，大部分的是溶源性病毒，宿主具有一 定的种属特异性( w h i t t o n ，2 0 0 7 ) 。已报道的部分噬藻体及其分类参见表1 2 。 1 1 肌尾科噬藻体( c y a n o m y o v i r u s ) 肌尾科噬藻体是最早发现的感染蓝细菌的病毒( s a f f e r m a n , 1 9 6 3 ) ，该类噬藻 体广泛分布于海洋生态系统中，目前也有在淡水中分离得到该噬藻体株的报道 ( g r o m o vbv ，19 8 3 ) 。该科噬藻体的模式株为a s 1 。a s 1 是从污染的池塘中提取 得到的，能感染单细胞淡水蓝藻组囊藻和聚球藻( k o z y a k o ve ta 1 ，1 9 7 2 ) 。从形态 学上看，该噬藻体具有对称的头部( 直径9 0r i m ) 和一条有伸缩性的尾部2 4 4 x 2 3 n m ( 最短可缩至9 3r i m ) ( g r o m o v ，1 9 8 3 ) 。该科噬藻体基因组大小的范围为3 7 k b 8 8k b ，衣壳蛋白数量从1 4 种到3 0 种不等，g 卜c 含量的摩尔百分比含量介于 3 7 5 5 之间( w i l s o ne la 1 ，19 9 6 ) 。 1 2 长尾科噬藻体( c y a n o s t y l o v i r u s ) 长尾科噬藻体属于长尾病毒科，代表株为s 一1 。该株噬藻体的宿主是聚球藻， 有头部，直径为5 0n n l ，且具有长而不能伸缩的尾部，尾部的平均长度约为1 4 0a m 青岛近海海域噬藻体9 2 0 基因多样性的研究 ( a d o l p ha n dh a s e l k o m ，19 7 3 ) ，长尾科噬藻体内的其它个体都具有相似的形态。 长尾科噬藻体的基因组的大小约为4 0 k b ，结构蛋白数量从1 3 到2 3 个不等( a d o l p h a n dh a s e l k o m ，1 9 7 3 ；w i l s o ne ta l ，1 9 9 6 ) ，g + c 的摩尔百分比含量变化介于 6 0 - - 7 4 之间，高于已报道的肌尾科噬藻体。 1 3 短尾科噬藻体( c y a n o p o d o v i r u s ) 短尾科噬藻体存在于海水、淡水以及污染了的的池塘中，其对称的衣壳类似 于长尾科噬藻体，而尾部相对于长尾科噬藻体的则短的多，其代表为株为l p p - 1 。 该株噬藻体对称的头部直径为5 9i i i t i ，尾部长为1 5 - 2 0n l n ，基因组大小约为4 2 k b ，由1 0 个左右的结构蛋白组成，e 卜c 的摩尔百分比范围从含量较低的l p p 1 的5 0 到s m 一1 的6 0 ( b i s e n e ta 1 ，2 0 0 6 ；b e n s o n , 1 9 8 4 ) 。 2 影响噬藻体遗传多样性的因素 噬藻体具有丰富的遗传多样性，自身及外部环境因素的改变对噬藻体的遗传 多样性均有较大的影响。 2 1 噬藻体自身的遗传变异与基因漂移 自然界中发生的一些中性突变通过随机过程整合到基因组中，形成了生物丰 富的遗传多样性( 沈浩等，2 0 0 1 ) 。噬藻体的出现已有上亿年的历史，有相当丰富 的中性突变的积累，结合噬藻体之间基因片段的交换重组( w h i u o n ，2 0 0 7 ) ，形成 了如今噬藻体丰富的遗传多样性。 2 0 0 1 年，h a m b l y 等( 2 0 0 1 ) 对海洋噬藻体s - p m 2 的一段长为1 0k b 的序列进行 同源性比较发现该序列与t 4 噬菌体的9 1 8 - 9 2 3 基因区有高度的同源性。s - p m 2 的这段基因排y uj l l 页序除了存在一些未知功能的小o r f ( ( 开放读码框，o p e n r e a d i n gf r a m e ) ) 的插入与缺失外，与t 4 噬菌体的排列顺序大致相似( 图1 一1 ) 。在 t 4 噬菌体中9 1 8 基因编码噬菌体尾鞘蛋白，9 1 9 基因编码噬菌体尾管蛋白，9 2 0 基 因编码噬菌体衣壳组装蛋白，醇1 基因编码噬菌体的头部核心蛋白，9 2 2 基因编码 6 青岛近海海域噬藻体9 2 0 基因多样性的研究 噬菌体的骨架蛋白。据此我们可以认为s p m 2 与t 4 噬菌体中编码整个噬菌体主 要头尾结构的区段都具有同源性，并推断该现象源于海洋噬藻体与t 4 噬菌体之 间的基因漂移( g e n e t i cs h u f f l i n g ) 。此外，基因漂移的现象也发生在噬藻体之间， 海洋噬藻体的多样性是编码同源病毒粒子的氨基酸序列差异性的体现，正是这些 存在于基因差异较大的噬藻体中的保守序列通过提供同源重组为噬藻体之间发 生遗传交换提供了可能( 祝海燕，2 0 0 2 ) 。 绷棚 6 0 0 0蝴i 洲 lii-l l i_i -illiiiil-i s - p m 2 匀一g 刍答答警占 o m w l o r l r 2 ， 1 o r f 3 i d e n t i t y ( s i m i l a r i t y ) 3 双5 2 ) 删3 7 删3 2 ( s o3 2 ( 5 0 ) 彬2 l s时，脚矽嘲球啦必 t 4 晨= = = = 盎，c = = = = 曩专c = = = 宅，司仨枷= 爹c = 令薯= = = 争 图1 1s - p m 2 ( 1 0 ，0 9 5b p ) 与t 4 头部和尾部的基因结构组成( 引i ! l