热带海洋学报 ›› 2023, Vol. 42 ›› Issue (6): 89-100.doi: 10.11978/2023036CSTR: 32234.14.2023036
收稿日期:
2023-03-23
修回日期:
2023-04-28
出版日期:
2023-11-10
发布日期:
2023-11-28
作者简介:
穆蓉(1997—), 女, 山西省阳泉市人, 硕士研究生, 从事聚球藻生理生态学研究。email: murong@sjtu.edu.cn
基金资助:
MU Rong(), ZHU Zhu(), ZHANG Ruifeng
Received:
2023-03-23
Revised:
2023-04-28
Online:
2023-11-10
Published:
2023-11-28
Supported by:
摘要:
铁在海水中溶解度低, 来源有限, 是全球40%海域中浮游植物的主要生长限制因子。海洋聚球藻是一种全球分布的超微型蓝藻, 也是海洋初级生产力最主要的贡献者之一。受到近岸和大洋环境中铁来源和浓度的影响, 海洋聚球藻应对铁限制的适应机制可能存在差异。本研究基于29株全基因组测序的海洋聚球藻进行了比较基因组学分析。结果表明, 海洋聚球藻具有较高的遗传多样性, 隶属于GTDB(Genome Taxonomy Database)分类法中Cyanobiaceae科的4个属, 并且这4个属与原有NCBI(National Center for Biotechnology Information)分类法中海洋聚球藻的亚群分类具有很好的对应关系。功能注释结果表明, 近岸和大洋聚球藻的特有基因数量与种类差异较大, 近岸株中参与无机离子转运和代谢的特有基因数量大于大洋株。进一步分析海洋聚球藻铁限制相关基因后发现, 近岸株在铁的吸收、稳态调节和储存方面的能力强于大洋株, 对环境变化的感知和响应能力也更强。本研究重新梳理了海洋聚球藻的进化关系和分类地位, 并系统分析了近岸和大洋聚球藻基因组及应对铁限制的适应机制差异, 为深入理解海洋聚球藻的环境适应性提供了依据。
穆蓉, 朱珠, 张瑞峰. 基于比较基因组学分析海洋聚球藻对铁限制的适应机制[J]. 热带海洋学报, 2023, 42(6): 89-100.
MU Rong, ZHU Zhu, ZHANG Ruifeng. Adaptive mechanisms of iron limitation on the marine Synechococcus based on comparative genomics[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2023, 42(6): 89-100.
表1
本研究中铁限制相关功能基因"
基因分类 | 基因 | 基因描述 | KEGG 编号 | |
---|---|---|---|---|
铁吸收 | 铁载体相关基因 | TonB sidero | TonB dependent receptor | K02014 |
孔蛋白基因 | Porin | Outer membrane protein insertion porin family | K07277 | |
Fe3+转运基因 | idiA/FutA | Iron deficiency induced protein A / iron(Ⅲ) transport system substrate-binding protein | K02012 | |
idiB/FutB | ABC-type Fe3+ transport system permease component / iron(Ⅲ) transport system permease protein | K02011 | ||
idiC/FutC | ATP binding component / iron(Ⅲ) transport system ATP-binding protein | K02010 | ||
二价金属转运基因 | NRAMP | Natural resistance associated macrophage protein, Nramp | K03322 | |
FTR1 | FTR1 family iron permease | K07243 | ||
ZIP | ZRT / IRT-like Protein | K14709 | ||
Fe2+转运基因 | FeoA | Ferrous iron transport protein A | K04758 | |
FeoB | Ferrous iron transport protein B | K04759 | ||
铁稳态 | — | Fur | Ferric uptake regulator | K03711 |
FecR | Periplasmic ferric-dicitrate binding protein FerR | K07165 | ||
CRP | Cyclic AMP receptor protein | K10914 | ||
铁储存 | 铁储存蛋白 | Dps | DNA-binding stress protein | K04047 |
Bfr | Bacterioferritin | K03594 | ||
Ftn | Ferritins | K02217 |
表2
本研究中29株海洋聚球藻的基因组信息"
分离地点 | 藻株 | 基因组编号 | 类型 | 基因组大小/bp | GC含量/% | 完整度/% | 污染度/% | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
大西洋马尾藻海 | WH8102 | GCA_000195975.1 | 大洋 | 2434428 | 59.4 | 99.46 | 0 | |
WH7803 | GCA_000063505.1 | 大洋 | 2366980 | 60.2 | 99.18 | 0 | ||
WH8103 | GCA_001182765.1 | 大洋 | 2429688 | 59.5 | 99.73 | 0.27 | ||
UW69 | GCA_900474185.1 | 大洋 | 2372121 | 58.7 | 100 | 0 | ||
UW140 | GCA_900474295.1 | 大洋 | 2704142 | 57.8 | 99.73 | 0 | ||
UW105 | GCA_900473935.1 | 大洋 | 2659417 | 57.5 | 99.46 | 0 | ||
UW106 | GCA_900474015.1 | 大洋 | 2479535 | 58 | 99.73 | 0.27 | ||
WH8109 | GCA_000161795.2 | 大洋 | 2111515 | 60.1 | 99.46 | 0 | ||
赤道太平洋 | UW179A | GCA_900473965.1 | 大洋 | 3057835 | 54.5 | 100 | 0.41 | |
MITS9508 | GCA_001632165.1 | 大洋 | 2502434 | 56.1 | 100 | 0.27 | ||
MITS9509 | GCA_001631935.1 | 大洋 | 3087928 | 55.4 | 99.18 | 0.82 | ||
MITS9504 | GCA_001632105.1 | 大洋 | 3087293 | 55.4 | 99.73 | 1.09 | ||
东太平洋加利福尼亚海流 | CC9605 | GCA_000012625.1 | 近岸 | 2510659 | 59.2 | 99.73 | 0 | |
CC9311 | GCA_000014585.1 | 近岸 | 2606748 | 52.5 | 99.73 | 0 | ||
CC9902 | GCA_000012505.1 | 近岸 | 2234828 | 54.2 | 99.46 | 0 | ||
中国东海 | KORDI-52 | GCA_000737595.1 | 近岸 | 2572069 | 59.1 | 100 | 0 | |
KORDI-49 | GCA_000737575.1 | 近岸 | 2585813 | 61.4 | 99.37 | 0 | ||
地中海 | RCC307 | GCA_000063525.1 | 近岸 | 2224914 | 60.8 | 99.64 | 0 | |
BL107 | GCA_000153805.1 | 近岸 | 2285034 | 54.2 | 99.46 | 0 | ||
红海亚喀巴湾 | RS9916 | GCA_000153825.1 | 近岸 | 2664873 | 59.8 | 99.73 | 0 | |
RS9917 | GCA_000153065.1 | 近岸 | 2584918 | 64.5 | 99.46 | 0 | ||
波多黎马格耶斯岛 | PCC7002 | GCA_000019485 | 近岸 | 3409935 | 49.2 | 100 | 0 | |
西太平洋 | KORDI-100 | GCA_000737535.1 | 大洋 | 2789000 | 57.5 | 99.46 | 0 | |
新英格兰大陆架 | WH8020 | GCA_001040845.1 | 近岸 | 2661166 | 53.1 | 99.73 | 0.27 | |
伍兹霍尔沿海海水 | WH8101 | GCA_004209775.1 | 近岸 | 2630292 | 63.3 | 100 | 0.82 | |
北大西洋潮间带 | WH8016 | GCA_000230675.2 | 近岸 | 2694843 | 54.1 | 99.18 | 0 | |
北大西洋 | WH7805 | GCA_000153285.1 | 大洋 | 2627046 | 57.6 | 99.73 | 0 | |
北大西洋长岛海峡 | WH5701 | GCA_000153045 | 近岸 | 3280236 | 65.4 | 99.18 | 7.84 | |
东太平洋 | CC9616 | GCA_000515235.1 | 大洋 | 2645910 | 56.6 | 99.46 | 0.27 |
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