深古菌(Bathyarchaeota)参与淡水湖泊环境(鄱阳湖)碳循环过程的研究

Archaea, as the important components in the ecosystems of earth, members of Bathyarchaeota are globally distributed in various marine and continental habitats. They are one of the most dominant microorganisms on earth and play an important role in the earth's carbon cycling. While, the members of Bathyarchaeota are typical uncultured microorganisms, their physiology and metabolic functions remain unclear. And most of studies were focus on the marine environments, about the members of Bathyarchaeota in continental habitats is extremely limited. In this study, we take the Poyang lake, which is the largest freshwater lake in China, as subject for study, and combine 16S rRNA diversity analysis and geochemical parameters to reveal the bathyarchaeotal distribution regularities in freshwater lake; meanwhile, bathyarchaeotal genome information will be obtained using metagenomic techniques, and the differences of the metabolic patterns of Bathyarchaeota in freshwater lakes and marine environments will be compared and analyzed; in addition, the role of the members of Bathyarchaeota in the degradation process of plant-derived organic matter will be uncovered by using microbial enrichment technology. The smooth implementation of this project will help us to clarify the important role of Bathyarchaeota in the geochemical cycle.

古菌是地球微生物群体的重要组成部分，其中，深古菌(Bathyarchaeota)广泛分布于全球陆地和海洋的各种环境，是全球丰度最高的微生物之一，被认为在地球碳元素循环过程中发挥了重要作用。然而，深古菌是典型的未培养微生物，有关它的生理特征和代谢方式以及特定的生态功能目前还不清楚。并且，大部分研究主要集中在海洋环境，有关陆地环境中的深古菌的研究极其有限。本研究以中国最大的淡水湖——鄱阳湖为研究对象，利用分子生态学的手段检测其中的深古菌的16S rRNA基因多样性，结合地球化学参数，分析深古菌在淡水湖泊中的分布规律；同时，利用宏基因组分析技术，获得深古菌的基因组信息，比较分析淡水湖泊中与海洋环境中的深古菌代谢方式的差异；最后，通过微生物富集培养技术揭示深古菌参与植物来源有机质的降解过程。本研究的顺利实施，有助于我们阐明深古菌在地球化学循环中的重要作用。

古菌是地球微生物群体的重要组成部分，其中，深古菌(Bathyarchaeia)广泛分布于全球陆地和海洋的各种环境，是全球丰度最高的微生物之一，被认为在地球碳元素循环过程中发挥了重要作用。然而，深古菌是典型的未培养微生物，有关它的生理特征和代谢方式以及特定的生态功能目前还不清楚。并且，大部分研究主要集中在海洋环境，有关陆地环境中的深古菌的研究极其有限。本研究以鄱阳湖为例，系统的研究深古菌在陆地淡水环境中的分布特点；结合宏基因组分析和富集培养实验，阐明了深古菌参与湖泊环境的碳循环过程。本项目按既定计划执行，并根据实际条件，对项目的实施进行了适当拓展。a、采集了鄱阳湖两根柱子，并对柱状样品进行分层检测其中的化学参数。b、基于16S rRNA基因分析了样品中细菌、古菌和深古菌组成，揭示了鄱阳湖环境中优势的深古菌类型为亚群6，亚群11和未分类亚群。c、通过添加不同有机质对鄱阳湖样品进行厌氧富集培养，发现深古菌在多种有机质的刺激下，均表现出相对丰度的增加，暗示深古菌利用多种有机质的潜能。d、添加木质素后，通过连续传代培养获得了深古菌占优势的富集体系，该深古菌菌株属于深古菌亚群6，属于嗜冷菌株，基因组信息显示该菌株的中心代谢方式为利用木质素单体（甲氧基苯环化合物）上的甲氧基作为碳源和能源，同时利用还原乙酰辅酶A途径（WL固碳途径）固定二氧化碳。e、分析了鄱阳湖原始样品的宏基因数据，获得了鄱阳湖来源的深古菌基因组，同时本研究深度挖掘了公共数据库中的深古菌基因组。发现土壤和湿地环境中特有的深古菌类群Houtuarculales目Baizomonas属，它们的碳代谢途径与其它深古菌有着明显差异，例如包含乙醛酸循环和细胞色素C蛋白，这可能使得它们能够适应土壤或湿地的有氧或微氧环境。