聚球藻与其共栖异养细菌群落的相互作用研究

Interactions between photoautotrophic and heterotrophic microorganisms are fundamental relationships in the marine food web, shape the marine microbial ecosystem, and affect the global biogeochemical cycle. Synechococcus are widely distributed in the global upper ocean, and one important component contributing to primary production. Associated heterotrophic bacteria are frequently detected when Synechococcus are isolated and cultured. So Synechococcus and associated heterotrophic bacteria are good experimental subjects to study microbial interactions. In this project, we are trying to make clear the following questions: 1) the population dynamic relationship between Synechococcus and associated heterotrophic bacteria, and the changes of lifestyle (free-living vs attached/aggregate) and cell morphology in the entire incubation; 2) the heterotrophic bacterial succession utilization of organic carbons released by Synechococcus; 3) building up the network relationship based the functional genes of transcriptomic data of Synechococcus and associated heterotrophic bacteria. After this project, we want to figure out the interaction between photoautotrophs and heterotrophs and to shed light to the interspecies interactions in situ environment.

光合自养生物与异养微生物间的相互作用是海洋微食物环的基础，同时也影响着全球海洋的生物地球化学循环。聚球藻在全球海洋中有着广泛的分布，是贡献海洋初级生产力的重要成员之一。在聚球藻的分离、培养过程中经常伴随着关系紧密的异养细菌，这使得它们成为研究海洋光合自养与异养微生物间相互作用的良好实验对象。本申请项目拟从以下几点探索聚球藻与其共栖异养细菌在群落和表达水平的相互作用关系：（1）研究聚球藻与其共栖异养细菌的种群动力学关系以及优势异养细菌类群在不同培养阶段的生活方式偏好、细胞形态变化；（2）分析聚球藻合成释放的有机碳在不同异养细菌类群之间的代谢传递利用过程；（3）通过聚球藻与其共栖异养细菌转录组数据分析，建立二者基于功能基因的表达调控网络关系图。本项目通过生理生化、基因分子和生态实验来探究光合自养与异养微生物之间的相互作用，为海洋原位环境下微生物种间关系提供线索和认识。

光合自养与异养微生物之间的相互作用是海洋微食物环的基础，维系着海洋生态系统的稳定和多样性。但海洋环境的复杂性和不可预测性使得在原位水体中研究它们的相互作用非常困难。实验室分离培养的聚球藻常共栖着多种异养细菌，它们是随聚球藻分离和生长过程而自然选择下来的环境微生物，是研究光合自养与异养微生物群落互作关系的良好材料。经过4年的研究，我们发现了聚球藻的不同生长阶段控制着异养细菌类群的生长策略和代谢模式，揭示了不同异养细菌类群（黄杆菌-玫瑰杆菌-交替单胞杆菌）在代谢利用浮游植物高分子量有机质过程中潜在的顺序关系；阐明了聚球藻-异养细菌共培养体系中病毒裂解和原生动物捕食驱动的微食物环中营养物质再分配过程和微生物类群的不同响应策略；通过添加聚球藻有机质的原位培养实验，揭示了海洋异养细菌代谢转化聚球藻来源活性有机质到惰性有机质分子的过程，阐述了溶解有机质分子转化和微生物类群演替的潜在偶联关系。我们的研究有助于了解原位环境微生物间相互作用的复杂性，对于理解微生物介导的海洋生物地球化学循环过程至关重要。