南极乔治王岛陆地-潮间带-近海沉积物放线菌群落结构研究

Antarctic actinomycetes are recently recognized as a strategic resource with high species novelty and biodiversity and unique metabolic mechanisms formed during their long-term adapting to the extreme environment. Study of the actinomycetes diversity and community structure can provide theoretic guide for the discovery of new resources. However little is known about the actinomyces diversity and community structure at the terrestrial and marine habitat of King George Island. Our previous studies showed that the intertidal zone of King George Island horbour a high taxonomically diverse and uncultured actinomycetes resources. On this basis,we plan to investigate the actinomycetes community structure and dynamic variation in the land, intertidal zone and sea sediment systematically by culture-independent and culture-dependent methods. The evolutionary processes that lead to the creation of actinomycetes diversity are then identified. Selective isolation methods will be designed under the guiding of the in situ community information derived from culture-independent analysis to obtain the culturable antarctic actinomycetes and novel species. This study can help to promote the cognition of the actinomycetes and their biogeographic patterns in extreme antarctic environments. It also has important theoretical significance to the exploration of potential novel actinomycetes resources.

南极放线菌资源特殊，物种新颖多样，成为各国竞相争夺的战略资源。放线菌多样性和群落结构的深入研究可为发现新颖放线菌资源提供重要的理论依据，而在南极地区，这方面相关研究开展的较少，特别是对南极乔治王岛陆地-海洋地理空间中放线菌种群多样性及群落结构等信息仍处于未知状态。申请人前期研究发现在乔治王岛潮间带中蕴含着丰富的放线菌多样性和大量未培养资源，本项目拟采用免培养和纯培养技术相结合的方法，深入系统地研究放线菌在乔治王岛陆地-潮间带-近海沉积物不同地理空间的群落结构及动态变化规律，分析导致放线菌种群多样性的进化过程；根据免培养技术获得的反映原位菌群组成信息的指导，选择性分离获得南极特有放线菌资源，使未培养及难培养放线菌成为可培养放线菌，发现新物种。本研究对于认知南极特殊环境中的放线菌，深入理解南极放线菌的生物地理分布特征，发掘潜在放线菌资源具有重要的理论指导意义。

南极放线菌蕴含着丰富的物种颖性及其代谢机制的独特性、多样性，是一类重要的极端环境微生物资源。本项目首先利用PCR-DGGE技术对南极乔治王岛陆地土壤、潮间带底泥和近海海泥共16个样品中放线菌的群落结构组成进行初步研究，结果显示土壤样品中放线菌的多样性要高于潮间带底泥和近海海泥样品中放线菌的多样性；土壤样品中的30个有效条带分布于放线菌纲（Actinobacteria）、酸微菌纲（Acidimicrobiia）和红椿杆菌纲（Coriobacteriia）3个纲中的10个目、15个科中，其中放线菌纲中的假诺卡氏菌科（Pseudonocardiaceae）是该环境的优势菌群；潮间带底泥中的14个条带分布于放线菌纲和酸微菌纲2个纲中的5个目、5个科中，放线菌纲中的去甲基醌菌科（Demequinaceae）为优势菌群；近海海泥中的10个有效条带分布于放线菌纲和酸微菌纲4个目、5个科中，放线菌纲中的微球菌科（Micrococcaceae）为优势菌群。.针对土壤、潮间带底泥和近海海泥三个不同的地理空间，分别各构建了2个放线菌16S rDNA克隆文库，共计6个文库，对三个不同的地理空间中放线菌的多样性及群落结构做进一步分析。结果显示，土壤中放线菌的多样性最高，分布于10个目16个科中；潮间带底泥中放线菌则分布于7个目13个科中；近海海泥中放线菌多样性最低，分布于5个目、10个科中，三个环境中所含的放线菌群落在高级分类地位上也有明显差异，土壤样品中的放线菌群落以放线菌纲为优势菌，潮间带样品和近海海泥中则是酸微菌纲占据明显优势。.设计了11种不同的选择性培养基，对南极乔治王岛陆地土壤、潮间带底泥和近海海泥共30个样品进行放线菌的分离纯化，共分离得到435株放线菌，其中获得南极放线菌新种6个。这些菌株分别属于放线菌纲的5个目，共16个属35个种，有6个属为稀有菌属。在陆地-潮间带-近海海泥这三个不同的地理空间中，链霉菌和拟诺卡氏菌均为优势菌属，，但在不同的地理空间中，放线菌种属多样性表现出明显的差异，陆地土壤的222株放线菌分布于放线菌纲的11个属、17个种；潮间带底泥的78株放线菌属于放线菌纲的7个属、10个种。海泥样品中得到135株，分布于8个属中。本研究有助于更为深入地掌握南极放线菌的生物地理分布特征，对有效开发利用特有和特色南极放线菌资源有重要意义和参考价值。