国家自然科学奖初评通过项目-基因横向转移在细菌进化中的作用
| 项目名称: | 基因横向转移在细菌进化中的作用 |
| 推荐单位: | 天津市 |
| 项目简介: | 本项目属于微生物遗传研究领域。生物进化研究是理解生命历史和现象的关键。基因横向转移的作用和发生机制被Science列为125个重要科学问题之一,然而研究难度较大,研究人员较少。 无法有效发现受体中的横向转移片段、无法溯源供体从而研究发生机制、横向转移基因功能未知而无法研究其作用成为该问题的主要研究难点。本项目多年来结合比较和功能基因组学及生物化学技术,发现和鉴定了大量横向转移片段及发生机制,研究了相关基因功能,在遗传事件和功能改变之间建立联系,为基因横向转移是重要进化动力提供了系统性的证据。在基因组水平解析了两株极端环境细菌的进化机制,系统地揭示了自然界中最丰富的生物多样性之一细菌表面多糖抗原多样性的产生机制,并据此建立了高特异性致病菌分子检测技术。本项目对认识生物进化具有重要科学意义,并对微生物遗传育种、新发病原体防控等具有重要应用价值。 1,证实了一株重要石油降解细菌起源于土壤菌,通过插入元件和质粒介导的基因横向转移获得长链烷烃羟化酶基因,发现该基因的获得是该菌形成适应油藏环境最重要的烷烃降解能力的关键。首次鉴定了长链烷烃降解途径。成果2007年发表于PNAS,同年入选"中国高等学校十大科技进展",被Nature Reviews Microbiology《新闻与分析》栏目作为重要研究成果介绍,并被美国发行量排名第三的The New York Times作为重要科学新闻报道。 2,比较基因组学分析了一株可在极端酸性条件下降解甲烷的细菌,发现基因横向转移推动了变形菌门之外该株新型甲烷氧化菌的进化形成。成果2007年发表于Nature,被Annual Review of Microbiology评论为近年甲基营养菌研究领域"最壮观(most spectacular)的新发现之一",Environmental Microbiology Reports 社论(Editorial)认为该成果对疣微菌门甲烷氧化菌研究"具有难以估量的价值"。 3,发现基因横向转移是细菌表面多糖抗原(重要致病因子)多样性在宿主选择压力下进化形成的主要途径,推动了志贺氏菌致病性的形成,并发现了多种横向转移的发生机制。该成果被Nature Reviews Microbiology 等引用。分别被FEMS Microbiology Reviews和Springer出版社邀请撰写综述和章节,后者在邀请函中指出第一申请人的"贡献已获得国际认可"。 4,成功建立基于细菌表面多糖抗原特异分子标识的致病菌分子生物学检测技术体系,可检测我国疾控单位常检的123种(或血清型)致病菌。该技术在继承血清学检测优点的基础上,提高速度1到7倍,已应用于上海世博会公共卫生安全保障和突发事件处理工作并获好评,该成果还获31项发明专利授权。 2002年至2008年2月共发表SCI论文40篇(影响因子大于3.0的18篇),他人正面引用296次。8篇代表性论文他人正面引用154次,其中28次被Nature Reviews Microbiology等国际权威刊物的综述性文章正面评论。获天津市自然科学一等奖和谈家桢生命科学创新奖。 |
| 主要完成人: |
王磊 负责本项目的总体构思和设计,以细菌为材料系统研究了基因横向转移的作用和发生机制,确立了结合比较和功能基因组学及生物化学技术的创新研究路线,在遗传事件和功能改变之间建立联系,解决了无法发现横向转移片段及其供体从而研究发生机制、相关基因功能未知而无法研究其作用等主要难点,为基因横向转移是重要进化动力提供了系统性证据。在基因组水平解析了两株极端环境细菌的进化机制,系统揭示了自然界中最丰富的生物多样性之一细菌表面多糖抗原多样性的产生机制并据此建立了高特异性致病菌分子检测技术。是第1、3和4发现点的主要贡献者、第2发现点的共同主要贡献者。参与本项目的工作量在80%以上。 王威 主要参与了对具有独特降解长链烷烃能力的石油细菌进化机制的研究,在其中的基因组学和比较基因组学分析工作中做出了较突出贡献;此外,参与完成了针对致病性大肠杆菌O114特异分子标识的筛选和检测方法的建立等。主要学术贡献涉及第1和第4个发现点,是代表性论文1的并列第一作者和代表性论文8的第二作者,参与本项目工作量在60%以上。 李雅玥 主要参与了致病菌分子生物学检测技术体系的建立的工作,并做出了较突出贡献。基于细菌表面多糖抗原特异分子标识,建立了可鉴定15个血清型志贺氏菌和大肠杆菌的分子检测体系。主要学术贡献涉及第4个发现点,是代表性论文7的第一作者,参与本项目工作量在55%以上。 刘斌 主要参与了针对细菌表面多糖抗原多样性遗传进化机制的研究,包括参与解析了多个致病性大肠杆菌、志贺氏菌的表面多糖抗原的进化形成机制,例如:大肠杆菌O145、鲍氏志贺氏菌16型、鲍氏志贺氏菌18型等。此外,也参加了建立致病性大肠杆菌O138的分子检测技术等工作。主要学术贡献涉及第3和第4个发现点,是代表性论文5的第五作者,参与本项目工作量在50%以上。 王荃 参与完成了针对大量致病菌(肺炎链球菌等)的表面多糖抗原特异分子标识的筛选和分子检测技术的建立。此外,参与了针对大肠杆菌O148、鲍氏志贺氏菌17型等的表面多糖抗原的基因簇分析和遗传进化机理解析。主要学术贡献涉及第3和第4个发现点,是代表性论文6的第五作者,参与本项目工作量在50%以上。 |
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