海洋下沉颗粒相关微生物群落的相互作用和演替

海洋表层透光区通过光合作用产生的有机物主要以颗粒有机物（POM）的形式输送至深海。异养微生物以其对于POM的分解作用机制不同而分为两类：颗粒附着的附生菌（particle-attached mode,PAM）和自由营生的自由菌（free-living mode mode,FLM）,是介导海洋中颗粒有机碳（POC）和溶解有机碳（DOC）循环的主要参与者。然而,目前对PAM和FLM的微生物群落组成和生物地球化学功能的理解大多局限于固定深度原位海水的探讨,或者在实验室模拟中以某一固定压力直接富集微生物。本次研究采用马里亚纳海沟“挑战者深渊”50米深表层海水,并接种13C标记和非标记的POM,设置0.1、10、30和60 MPa四个压力梯度,以逐渐加压的方式模拟颗粒物沉降过程进行富集培养,探讨了在模拟海洋有机颗粒物下沉过程中两种不同形式微生物的演替和相互作用的动态演变。结合稳定同位素探针技术（DNA-SIP）和16S rRNA基因的高通量测序,结果表明19个活性OTUs被13C所标记,主要隶属于α-Proteobacteria以及γ-Proteobacteria。在不同压力梯度下,附生菌或自由菌中活性OTUs的类型和丰度有显著差异。此外,微生物网络结构（network）的相互作用在高压下呈正向为主,表明着深海中存在着激烈的物种竞争,微生物群落在高压下表现出明显的分离和模块化,具体表现为network拓扑特征系数的弹性和稳定性。模拟颗粒沉降高压培养结果重点揭示了在沉降过程中,静水压力对海洋中下降颗粒物降解相关的微生物的群落结构和功能的调控作用。     

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10,853米）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。