西藏热泉环境栖热菌类群多样性及其生理生态功能研究

Hot springs are typical and special extreme environments and thus harbor many thermophilic microorganisms with special metabolic and physiological characteristics. Among them, the Thermus spp. have been widely found in hot spring ecosystem and, thereby, represent one of the most dominant microbial group in these habitats. The deep understanding of the diversity of Thermus spp. and their physiological and ecological functions in hot spring ecosystem is of significance to know of forming and adaptive mechanism of microbial population under high temperature environment and understanding of the biogenic element biogeochemical cycle process in hot springs ecosystem. This project proposes to study the diversity of Thermus spp. in Tibetan hotsprings and to investigate their physiological and ecological functions using an integrated approach combining molecular ecology, physiology, and genomics. The successful implementation of the proposal will unveil the potential relationships between the diversity and variability of Thermus spp. and ecologial factors, gain insight into ecological functions of Thermus spp. in terms of biogenic elemental cycling in Tibetan hot spring ecosystem.

热泉作为极端环境的典型代表，具有高温这一有别于其它生境的明显特征，蕴藏着丰富而独特的高温微生物资源。栖热菌类群广泛存在于各类热泉系统中，并且是部分热泉的优势类群，深入研究该类群的多样性及其生理生态功能对于理解热泉环境中微生物种群的构建和适应机制，以及高温环境下相关生源元素的生物地球化学循环过程中微生物所起的作用具有重要的理论意义和应用价值。本项目在前期工作的基础上，采用分子生态学、微生物学、基因组学和生物地球化学等分析技术和手段，对栖热菌类群在西藏代表性热泉环境中的多样性及其生理生态功能进行研究，揭示该类群在西藏热泉环境中的群落特征及其控制因素，探索该类群在热泉生态系统相关生源元素循环过程中所起的作用，阐明其生态功能。

栖热菌类群作为高温微生物的典型代表，具有多样化的生理代谢特征，广泛分布于世界各地的高温热泉中，参与热泉生态系统的物质循环和能量流动。深入研究该类群的多样性及其生理生态功能对于理解高温环境下微生物驱动的元素循环过程具有重要意义。本项目以西藏代表性热泉为研究对象，利用分子生态学和地质微生物学的技术手段，对栖热菌类群开展研究，得到如下结果：1）16S rRNA基因高通量测序结果表明，西藏代表性热泉中蕴藏着大量的栖热菌类群资源，其相对丰度范围为0.04-35.63%，相关性分析结果显示该类群的相对丰度与样点的温度呈负相关关系。2）利用纯培养技术手段，从西藏代表性热泉中培养获得栖热菌类群菌株244株，基于菌株16S rRNA基因的系统发育分析结果表明这些菌株分属于11个不同的分枝，包含一些未分类的分枝，其中大部分菌株与Thermus brockianus 亲缘关系较近。3）利用多相分类实验技术，鉴定并描述栖热菌类群新物种4个，其它高温微生物新属级分类单元2个，新物种5个。4）生理学实验结合基因组分析结果表明，硝酸盐还原，三价铁还原，砷氧化以及硫的氧化和还原等功能广泛分布于栖热菌类群菌株中，由此推测该类群参与了高温热泉环境中氮、铁、硫、砷等元素的代谢，对这些元素的循环转化起着重要作用。本项目的开展，对认识西藏热泉环境下栖热菌类群的多样性，及其潜在的生理生态功能具有重要意义。在本项目的资助下，项目组已发表学术论文11篇，其中SCI源刊论文10篇，其它国内核心期刊论文1篇；项目负责人协助培养与本项目有关的博士生2名，硕士生2名；本项目部分成果参与获得“云南省自然科学二等奖”。