太平洋不同生境深海真菌的多样性、生态分布特征及其反硝化能力研究

Fungi are an important component of marine ecosystem. However, the information of community composition and ecological function of fungi in deep sea environment remains scarce. Denitrification is an important process in the global nitrogen cycle and is considered to be mainly mediated by prokaryocytes. However, recent studies showed that fungi are also capable of denitrification. The contribution of fungi to denitrification cannot be ignored. However, the current knowledge on fungal diversity in deep sea environment and their denitrifying activity is still very limited. Therefore, this project focuses on three different deep sea habitats (deep sea floors, sea mountains, and deep sea trenches) and investigates diversity of fungi in different deep sea habitats based on cultivation method combined with high throughput sequencing method. Ecological distribution of fungi in different deep sea habitats was also investigated based on statistical analysis, in order to identify key environmental factors influencing ecological distribution of deep sea fungi. Meanwhile, diversity of denitrifying fungi in different deep sea habitats was investigated based on fungal denitrifying functional gene sequencing; fungal contribution to denitrification process in deep sea environment was also assessed by denitrification incubation of deep sea samples in microcosoms. In addition, N2O-prducing activity of deep sea culturable fungi was investigated to estimate the denitrification ability of different fungal genera. The results will contribute to understanding the diversity and ecological distribution of fungi in different deep sea habitats, as well as the contribution of deep sea fungi to marine nitrogen cycle.

真菌作为海洋生态系统的重要成员，其在深海环境中的群落结构与生态功能的认识还十分有限。反硝化作用是氮循环的一个重要环节，之前普遍认为是由原核生物主导。近来的研究表明，真菌也具有反硝化能力，对反硝化的贡献不可忽视。然而，当前对于深海环境中真菌的多样性及其反硝化能力还知之甚少。本项目拟针对三种不同深海生境（深海平原、海山、海沟），通过分离培养与高通量测序手段结合，研究不同生境真菌多样性的区别，并结合统计学分析，认识真菌在深海不同生境的生态分布特征，明确影响深海真菌生态分布的关键环境因子。同时通过真菌反硝化功能基因的克隆测序分析与深海样品直接反硝化培养相结合，认识深海不同生境反硝化真菌的多样性及对反硝化的贡献，并通过深海纯培养菌株产N2O能力的测定，了解不同种属深海真菌反硝化能力的强弱。研究结果对于深入认识深海不同生境真菌的多样性、生态分布特征以及真菌在深海氮循环过程中的参与度与贡献具有重要意义。

真菌作为海洋生态系统的重要一员，其在深海环境中的群落结构特征及参与的生物地球化学过程一直是海洋科学研究的热点。反硝化过程长期被认为是由原核生物主导，但近来的研究表明真菌也具有反硝化能力。鉴于当前对于真菌在大洋深海环境中的生态分布特征及其参与的反硝化作用认识的不足，本项目针对太平洋三种不同的深海生境（海山、海沟深渊、深海平原），开展大洋深海真菌的多样性、生态分布特征及其反硝化能力研究。从太平洋深海环境中分离获得365株真菌，分属于30个属和86个种，其中Penicillium、Cladosporium和Aspergillus属是优势属。通过高通量测序的手段，对太平洋深海平原、海山、深渊等生境的真菌进行多样性分析，并与深海热液区、近海等生境进行比较，研究海洋环境中真菌的生态分布特征。结果表明，热液区真菌的多样性最高，海沟深渊区真菌的多样性最低。海山和深海平原真菌的群落结构与近海真菌有更多的相似之处，而热液、深渊区真菌的群落结构相对独立。深海环境中存在着大量新的真菌分类单元（约有40-50%的OTUs与数据库中的参考序列相似度低于97%）。此外，我们从大洋深海环境获得19株反硝化真菌，分属于8个真菌属（Fusarium、Penicillium、Purpureocillium、Gliomastix、Aspergillus、Meyerozyma、Hortaea、Acremonium），提示深海环境中存在着多样性的反硝化真菌。其中一株季也蒙迈耶氏酵母Meyerozyma guilliermondii Y8菌株对于铵盐、硝酸盐、亚硝酸盐都有很好的脱氮效果。Y8菌株具有完整的异养硝化-好氧反硝化通路，其对不同类型无机氮的好氧氮代谢过程涉及了氮的同化作用、好氧反硝化作用和异养硝化作用。这些研究结果拓展了我们对于深海环境中真菌的多样性和生态分布特征的认识，同时也提示我们真菌对于大洋环境中硝酸盐/亚硝酸盐的还原和N2O产生的贡献不可忽视。