应用多维宏组学方法研究维生素B12依赖型蓝藻与附生细菌间相互作用

Microorganisms do not exist in isolation but form complex ecological interaction webs. Microbial interaction is an important way for microorganisms to realize biochemical processes in natural or artificial environments. Symbiotic interactions between bacteria and cyanobacteria have been reported in recent years. Cyanobacteria-bacterial symbiosis centred on vitamin B12 provision is one of such examples. However, unraveling microbial interactions in complex cyanobacteria-epibionts communities is a challenging task. Here we have established a coculture system consisting of Synechococcus sp. PCC 7002 and heterotrophic bacteria associated with Microcystis. Based on this artificial coculture system, we conducted a meta-omics study that analyzed species diversity, community structure, functional components, metabolic characteristics of B vitamins (especially vitamin B12), fatty acids and other substances, to investigate functional interactions among the members of coculture system. This study will facilitate further studies of the relationship between cyanobacteria and its associated bacteria.

微生物在自然生态环境中无所不在，它们绝大多数并不是孤立存在的，而是形成复杂的生态相互作用网。微生物相互作用是微生物在自然生态环境或人造环境中实现生化过程的重要方式。近年来，藻类与细菌间存在着相互作用的现象陆续被发现，以维生素B12供给为基础的藻菌共生就是一个例证。然而，解开复杂藻菌群落中的微生物相互作用是一项具有挑战性的任务。本项目拟通过聚球藻PCC 7002和微囊藻微生物群体混合培养，建立一个易于进行分子和生理操作的共培养的实验模式藻菌共生体系。基于这个共生体系，以B族维生素（特别是维生素B12）、脂肪酸类及其他物质协同代谢为突破口，多种宏组学技术手段联用，探究藻菌共生体系中的主要菌群及其相互作用。本研究的结果将对理解这些蓝藻与细菌间的相互关系具有重要意义。

微生物在自然生态环境中广泛存在并且相互之间形成复杂的生态相互作用网。最近，藻类与细菌之间存在着相互作用的现象陆续被发现，特别是以维生素B12供给为基础的藻菌共生关系。解析复杂藻菌群落中的微生物相互作用是一项具有挑战性的任务。本项目通过聚球藻PCC 7002和微囊藻微生物群体混合培养，建立了一个共培养的实验模式藻菌共生体系。基于这个共生体系，以B族维生素（特别是维生素B12）、脂肪酸类及其他物质协同代谢为突破口，多种宏组学技术手段联用，探究了藻菌共生体系中的主要菌群及其相互作用。该混合培养系统的构建，不仅有助于分离、培养、精确研究原本来源于微囊藻群体中附着的细菌，理解不同微生物间在生长过程中产生的物质交换，而且对于探索这些细菌与聚球藻之间的共生关系的形成具有重要意义，有助于发现构建合理的微生物群落所需的关键因子。与此同时，探究分离出的主要菌群在原共生体微囊藻群体中参与的协同代谢过程，可为从微生物方面探寻水华发生成因提供理论依据，对其他自然水体、土壤、空气或肠道中微生物之间相互关系的研究也具有重要的启示作用。