多种生境中海绵全功能体研究：宿主代谢、共生微生物活跃类群及其功能比较

Sponge holobont, which is composed of sponge host and phylogenetically diverse symbiotic microbes, is widely distributed in the oceans. However we don't know how different the components and function of one sponge holobiont will be in different niches. It is hypothesized that the same species of sponge holobiont in different niches has similar microbial community and core function, but the in situ active microbes and some functions will be different. In order to provide more evidence for this hypothesis, several species of sponge holobionts from different niches will be investigated mainly at RNA level, with seawater, corals or algae as control. Both close and open high-throughput molecular techniques, e.g. pyrosequencing, transcriptomics and GeoChip, and multiple bioinformatics/biostatistics methods will be used. The investigation will focus on the host's metabolism, the symbiotic microbial community, including archaea, bacteria and fungi, and function across different niches. Particularly the in situ active microbes and their function e.g. nutrition elements, stress and secondary metabolism will be compared. We try to find the core microbial populations and function of sponge holobiont by the comparison among different niches. Meanwhile, the niche-related active microbes and function, and their relationships with sponge host’s metabolism and seawater will be analyzed. The results from this study will provide novel insights into the understanding of the whole components, function and environmental adaption of sponge holobiont.

海绵与其共生微生物组成海绵全功能体，广泛分布于不同海洋环境，但至今对海绵全功能体整体组成与功能及其是否会因生境不同而变化缺乏认识。课题拟从宿主与共生微生物两方面，以海水、竞争生物为参照，采用开放式与封闭式高通量分子技术（例如转录组、GeoChip基因芯片）相结合的策略和多种生物信息方法，重点在基因转录水平，比较多个不同生境中同种海绵全功能体的宿主代谢特征、共生微生物群落结构（包括古菌、细菌、真菌）尤其是活跃微生物类群及其功能（营养、抗逆、次级代谢产物合成等）。通过不同生境对比找到海绵全功能体核心微生物组成与功能，以及与生境相关的活跃微生物类群及其功能特征，并尝试将其与宿主代谢、海水环境等建立关系。为“不同生境中同种海绵全功能体具有相似微生物群落组成与核心功能，但一些活跃微生物类群及其功能会因生境而异”的科学假说提供证据。研究将为全面了解海绵全功能体与生境的关系及其生存适应机制提供科学依据。

海绵与其共生微生物组成海绵全功能体广泛分布于不同海洋环境，但至今对海绵全功能体是否会因生境不同而变化缺乏认识。课题采用高通量分子技术（例如转录组、GeoChip基因芯片）相结合的策略和多种生物信息方法，比较分析了多个不同生境中海绵全功能体的宿主代谢特征、共生微生物群落结构及其功能，尤其是元素循环、海洋环境适应等。结果发现：三种不同生境的同一种海绵Mycale grandis共生细菌群落的种属组成是相似的，但三种生境中的M.grandis共生细菌群落的功能基因多样性和表达模式存在显著差别。相同生境中不同海绵具有不同的氮转化功能微生物类群，例如：海绵种属特异性的氨氧化古菌与氨同化细菌。不同海绵中的氮循环相关的功能基因多样性与转录水平存在显著差异，提示受具体生境条件影响。海绵共生微生物相对于陆地相似种属的微生物具有不同的适应海洋环境的能力。例如：海绵共生的K.flava S43主要通过增加一些钾平衡、磷代谢、重金属抗性相关的基因数量，同时获取与电子传递、ABC转运、水通道蛋白等基因的途径来适应海洋环境。研究将为全面了解海绵全功能体与生境的关系及其生存适应机制提供科学依据。