海洋赤杆菌科菌株的类胡萝卜素合成基因分析

赤杆菌科(Erythrobacteraceae)菌株广泛分布于海洋环境,可合成类胡萝卜素等多种色素。类胡萝卜素具有光保护和抗氧化能力,对于赤杆菌科菌株适应海洋生态系统具有重要作用。本研究收集了107个海洋来源的赤杆菌科细菌基因组,分析了类胡萝卜素合成途径中关键酶的编码基因crtEBIGYZW在基因组中的分布特征,构建了基于氨基酸序列的不同编码基因系统发育树,阐明了深海和浅海来源的赤杆菌科菌株中类胡萝卜素合成基因的存在和分布规律,探究了不同的类胡萝卜素合成基因在近海与深海来源的赤杆菌科菌株进化过程中的遗传模式。研究结果显示,海洋来源的赤杆菌科菌株均含有crtEIGZ基因,约98.1%的菌株含有crtBY基因,约43.9%的菌株中存在crtW基因,其类胡萝卜素合成基因在菌株间存在分布差异,但在深海与浅海来源上并未显示特异性。此外,通过比较不同编码基因的系统发育树拓扑结构发现,赤杆菌科菌株的类胡萝卜素合成基因crtBYZW与系统发育密切相关,而crtEIG基因多通过水平基因转移获得,这有助于更好地评估类胡萝卜素合成基因家族在赤杆菌科中的进化,也为其他海洋细菌中的类胡萝卜素合成途径及基因研究提供科学依据,从而有助于开发海洋来源的产类胡萝卜素菌株。

赤杆菌科微生物分类研究进展

赤杆菌科微生物隶属于细菌域(Bacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、鞘脂单胞菌目(Sphingomonadales)。依据16S rRNA基因序列的系统发育分析结果,2005年赤杆菌科被提议建立,成立之初由3个属5个种组成;在过去10年中,该科的物种数量增加迅速;截止2015年10月,赤杆菌科合格发表6个属44个种。赤杆菌科微生物在土壤、热泉、海水和沉积物等环境中广泛分布,其在环境修复、食品工程及生物医药等领域具有重要的应用前景。此外,部分菌株具有细菌叶绿素a,营好氧异养生长兼具光合作用功能,是好养不产氧光合异养菌的一个重要类群,近年来其在全球海洋碳循环和能量代谢过程中的重要作用日益凸显,得到了国内外学者的关注。本文综述了赤杆菌科微生物的分类特征、生态分布和应用基础等方向的研究进展,并对其分类研究趋势做了分析。