珠江口深古菌（Bathyarchaeota）碳源利用特征研究

Estuary is the important link between the land and the ocean with typically high amount of terrestrial organic carbon being transported through it. Bathyarchaeota is a cosmopolitan group with high phylogenetic diversity. Its metabolism is considered to be important in the organic matter transformation of the sediment of estuary and marine. However, there are no clear indications about the physiological capabilities and the ecological roles of this widespread archaeal group due to the lack of pure cultures. In this project, the stable isotopic probing (SIP), metagenomics are used to investigate the time and spatial distribution of Bathyarchaeota in the Pearl River estuary, examine the carbon sources of Bathyarchaeota. Results of this study will provide insight about the improtant role of the Bathyarchaeota in the estuary carbon cycle.

河口和海岸带区域是全球大气、陆地和海洋之间的联系纽带，储藏了大量的有机碳。这些有机碳的转化与CO2的生成使河口成为影响地球温室气体释放和碳循环的重要一环。研究发现有机质丰富的河口和海洋沉积物中含有丰富的深古菌门古菌，推测其代谢活动在河口及海洋沉积物的有机质转化中发挥了重要作用。然而深古菌是一类尚不可培养的古菌类群，具有很高的多样性和异质性（至少有21个不同的亚群），目前对其碳源利用尚缺乏直接的证据，限制了对其生态功能和意义的认识。本申请拟通过高通量测序技术研究珠江口深古菌不同亚群的时空变化特征，分析不同亚群环境选择和适应特征；并利用同位素探针标记开展富集培养，揭示深古菌的碳源利用特征，为深古菌有机质底物利用提供直接证据。本研究将为进一步认识河口区微生物介导的有机质转化机制提供数据和理论基础。

河口和海岸带区域是全球大气、陆地和海洋之间一个基本的和多层面的联系纽带，是微生物多样性和活性最高的海洋环境之一。河口环境中多样的生物地球化学过程介导了有机碳的产生、转化和埋藏，控制着CO2输入海洋以及大气的通量，在全球中碳循环中起着关键的作用。本论文以珠江口沉积物和水体中的古菌和细菌为研究对象，结合分子生物学、富集培养与地球化学研究方法，针对河口区深古菌碳源利用特征及环境选择特征开展研究，主要获得以下进展，对了解河口沿海区古菌在有机地球化学中的作用有重要意义。.1、珠江口沉积物和水体中深古菌分布具有明显的空间演替，不同亚类群环境选择偏好不同。Bathy15、Bathy17主要分布在高盐度D点，Bathy6在淡水A点占绝对优势，能够达到深古菌的近80%，Bathy8在混合区B、C 点含量较高。主要受控于空间位置和铵根离子。.2、珠江口沉积物中古菌和细菌在有机质降解的潜能上存在差异，有机质的可利用性是驱动沉积物古菌、细菌群落生态位分化的主要因素；对宏基因组进行进一步分析，发现古菌和细菌基因组在有机质降解的相关潜能上的确存在差异，细菌基因组编码了更多样的芳香化合物降解基因包括几乎完整的benzoyl-CoA代谢途径，而古菌尤其是深古菌基因组中发现了更高频次和丰度的UbiX和bcrABCD 基因，可能作用benzoyl-CoA 还原途径中羧化和去芳香性的关键步骤。显示古菌尤其是深古菌可能在海洋陆源有机质中有重要潜力。.3、珠江口水体颗粒有机碳提供了适宜产甲烷古菌和甲烷氧化菌共同生存的微环境，拓宽了对亚热带河口区甲烷生物代谢的认识