珠江口浮游态和颗粒附着态异养古菌（MGII）的分布特征及其代谢有机碳的差异性研究

Marine Group II (MGII) Euryarchaeota are distributed worldwide in the ocean and are dominated in the archaeal community within the euphotic zone of temperate waters. A small number of MGII genomes were assembled from ocean, suggesting their potential of degradation of organic carbon. MGII may be important in the transformation of organic carbon via Microbial Carbon Pump (MCP). However, pure cultures of MGII haven’t yet been isolated and their roles in the biogeochemical processes and MCP are still greatly unknown. This study will combine techniques of molecular biology and bioinformatics to determine the MGII 16S rRNA gene-based community and sequence the MGII metagenomic DNA along gradients of environmental factors in Pearl River estuary for exploring 1) the relationships between environmental factors and the MGII community diversity in free-living and particle-associated size fractions; 2) the metagenome-wide metabolisms of Pearl River MGII; and 3) size fractionation of carbon metabolisms between free-living and particle-associated MGII and its relationship with changes of environmental factors in Pearl River estuary. This study will enhance the understanding of the MGII roles in the ecological and biogeochemical processes and the carbon sequestration of MCP.

异养古菌MGII广泛分布于全球海洋，是温带海域真光层主要微生物群落。只有少量比较完整的MGII基因组被拼接组装成功，都来自于海洋环境。这些基因组信息显示，MGII具有代谢有机碳的潜力，可能在微型生物碳泵（MCP）储碳过程中起着重要作用。然而，MGII缺乏纯培养，因此我们对MGII在生物地球化学过程和MCP中的作用仍然知之甚少。本次研究拟选择环境梯度较为明显的珠江口表层水体为研究对象，结合分子生物学和生物信息学的方法，检测MGII 16S rRNA基因和宏基因组信息，研究目的是：1）探索浮游态和颗粒附着态MGII生物群落的分布特征及其与环境参数之间的相关关系；2）构建比较完整的珠江口MGII基因组并分析其有机碳代谢等生理生态功能特征；3）探讨浮游态和颗粒附着态MGII代谢有机碳的差异性并分析这种差异性与环境参数之间的相关关系。本次研究有助于了解MGII在生物地球化学过程和MCP中的作用。

异养古菌MGII广泛分布于全球海洋，是温带海域真光层主要微生物群落。只有少量比较完整的MGII基因组被拼接组装成功，都来自于海洋环境。这些基因组信息显示，MGII具有代谢有机碳的潜力。然而，MGII缺乏纯培养，因此我们对MGII的生理生态功能仍然知之甚少。本次研究结合分子生物学和生物信息学的方法，研究MGII的16S rRNA基因和宏基因组在珠江口盐度梯度环境下的分布特征。16S rRNA基因的结果显示，MGII更喜欢生活在偏海水的环境中，并且在浮游态上的含量更高。本次研究重建了18个MGII的基因组，但是宏基因组数据显示，这些MGII在颗粒附着态上的含量更高。这可能是由于16S rRNA基因引物的错配造成的。宏基因组数据显示，相比较于MGIIb，MGIIa在珠江口的含量更高，这说明MGIIa更能适应珠江口复杂的环境；这些MGII与多种环境因素有相关关系，例如溶解有机碳，盐度和硝酸盐，而且这些相关关系在浮游态和颗粒附着态上的表现不同，这说明这两种形式的MGII具有不同的生理生态功能。在偏海水环境中的颗粒附着态MGII含有更高的以下基因：转运和降解大分子物质的基因，代谢脂肪酸的基因，转运和代谢硫和磷的基因。这说明这些环境中的MGII具有更多的生理代谢功能，相比较低盐和浮游态生存环境。相比较海水，珠江口的盐度偏低，MGIIa的蛋白质有更高的等电点和更少的负电荷，从而维持细胞内的渗透压。在珠江口咸淡水混合区，MGIIa可能利用salt-out的机制将无机盐离子（例如钠离子和钾离子）排出细胞，而且可能利用salt-in的机制摄取带高正电荷的离子，从而平和胞内蛋白质多余的负电荷。本次研究初步揭示了珠江口颗粒附着态和浮游态MGII的生理生态特征，并且初步探讨了这些MGII在珠江口的盐度适应机制。