潮滩湿地硝化螺菌的代谢潜力和环境适应机制

为了揭示硝化螺菌(Nitrospira)在潮滩湿地中的代谢潜力和环境适应机制,本研究使用宏基因组学拼接与组装的方法,从中国沿岸的5个潮滩湿地构建了14个较高质量的Nitrospira基因组.系统发育分析结果表明,在这些基因组中,3个属于全程氨氧化细菌(complete ammonia oxidizer,Comammox);9个为硝化螺菌世系Ⅱ和Ⅳ;2个属于至今未见报道的世系Ⅲ型.这表明,潮滩湿地富含多样化的硝化螺菌类群.代谢分析表明,潮滩湿地Comammox和典型的Nitrospira含有氰酸酶、脲酶以及参与腈类、酰胺类化合物分解的酶,暗示着它们能够与氨氧化微生物耦合利用有机氮作为能源.此外,Nitrospira有着多重压力抵抗、病毒防御和渗透压调控策略.这些结果深化了对Nitrospira在潮滩湿地的多样性、生态功能潜力和环境适应机制上的认识.

过量氮输入对寡营养海水细菌群落代谢潜力的影响

细菌在海洋氮循环中起关键作用,而过量氮输入对细菌群落代谢潜力的影响还未被充分阐明.本研究通过构建3组寡营养海水生态微宇宙,包括对照组、一次性输入组(一次性输入硝酸盐使体系中硝氮浓度为1.0 mg·L-1)和连续性输入组(每隔2 d输入一次硝酸盐,使体系中硝氮浓度每次增加0.125 mg·L-1,直至与一次性输入组达到相同水平),利用Biolog-Eco板技术和16S rDNA PICRUSt(Phylogenetic investigation of communities by reconstruction of unobserved states)功能基因预测,研究过量氮输入下细菌群落代谢潜力的动态变化.结果表明,实验第16 d,氮的连续性输入提高了细菌群落的碳源利用能力,对照和连续性输入组中碳源利用特征随采样时间发生了显著变化.此外,预测到的功能基因家族组成随时间明显变化,并与亚硝酸盐、铵盐、磷酸盐、化学需氧量、溶解氧、pH和总磷密切相关,固氮、异化硝酸盐还原、反硝化、异化硝酸盐还原到铵和同化硝酸盐还原相关基因的相对丰度受到了氮输入的影响,而氮连续输入导致的氮代谢相关基因变化较一次性输入更为普遍.本研究初步揭示了过量氮输入对寡营养海水细菌群落代谢潜力的影响,为探明近岸海域过量氮输入的微生态效应提供了基础数据.

基于元基因组的南海海绵Theonella swinhoei共生微生物次级代谢潜力研究

目的揭示中国南海海绵Theonella swinhoei共生微生物次级代谢潜力。方法用Illumina Hiseq 2000测序仪对T.swinhoei元基因组DNA进行测序,用MG-RAST平台对共生微生物种群结构和功能进行分析,并比较此海绵与其他海绵的次级代谢差异。用fragment recruitment方法评估T.swinhoei元基因组中具有代表性的微生物在此种海绵和其他生境中的丰度。用antiSMASH预测T.swinhoei元基因组中次级代谢产物生物合成基因簇,并通过序列比对分析其来源。结果T.swinhoei共生微生物主要包括Proteobacteria(30.5%)、Actinobacteria(6.2%)、Poribacteria(3.6%)、Firmicutes(3.5%)、Chloroflexi(2.6%)和Cyanobacteria(2.1%)。Candidatus Entotheonellasp.TSY1和Candidatus Entotheonellasp.TSY2在T.swinhoei中的丰度比其他生境高很多。T.swinhoei共生微生物中聚酮合酶模块和相关蛋白(COG3321)以及非核糖体肽合成酶模块和相关蛋白(COG1020)基因的比例比其他海绵共生微生物中的比例高。次级代谢产物生物合成基因簇除来自Candidatus Entotheonella外,还有许多来自未知的共生细菌和可能的蓝细菌。结论中国南海海绵T.swinhoei共生微生物具有很强的次级代谢潜力,为研究海绵天然产物微生物来源提供了依据,同时为进一步开发利用T.swinhoei共生微生物资源提供了基础。

马里亚纳海沟表层沉积物中微生物的群落组成和功能特征

深渊是迄今人类认识最少的海洋环境之一。深渊蕴含着丰富的微生物生物量,表现出活跃的有机碳周转特征,是深海有机碳降解的“热点”区域。然而,人类对深渊微生物的物种组成和代谢潜力还知之甚少。本文通过宏基因组技术与生物信息学分析,研究马里亚纳海沟“挑战者深渊”表层沉积物(水深10853 m)中的微生物群落组成和功能特征,揭示深渊表层沉积物中微生物驱动深海生物地球化学循环的潜在机制及其相应的生态效应。研究结果表明:变形菌门(Proteobacteria)、奇古菌门(Thaumarchaeota)、拟杆菌门(Bacteroidetes)、放线菌门(Actinobacteria)和浮霉菌门(Planctomycetes)是马里亚纳海沟表层沉积物中微生物的优势类群。表层沉积物中微生物的代谢分析表明其主要营异养代谢,可以降解多种有机物,包括一些难降解有机碳化合物(如邻苯二甲酸盐或其他芳香族化合物)。这些结果说明深渊沉积物中的微生物群落具有多样化的有机碳代谢能力,可以支持其开展活跃的有机碳降解过程。除了异养代谢过程,氨氧化等自养代谢过程在本研究的深渊微生物群落中也占据着重要地位,说明自养固碳可能是深渊表层沉积物中有机碳的重要来源。