三种不同高盐环境中嗜盐古菌物种多样性比较研究

Hypersaline environments are typical extreme habitats, which harbor unique biological resources. Species of haloarchaea, living in hypersaline environments, have been widely used in pharmaceutical, chemical and other fields. Why are there so many different and common species haloarchaeal species among different types of hypersaline environments, namely salt mine, salt lake and saline? What are the key factors regulating the composition of haloarchaeal species in such environments? This project intends to collect samples with haloarchaea from different salt mines, salt lakes and salines in China. The 16S rRNA gene of the pure cultures and the total environmental DNA will be analyzed using individual sequencing or clone library sequencing, respectively. Comparison of the haloarchaeal species diversity among three types of hypersaline environments will be conducted in order to elucidate the relationship between the haloarchaeal species diversity and different types of hypersaline environments. The key factors affecting the composition of haloarchaeal species diversity will be figured out, which will helps us to understand the possible causes affecting the biogeographic distribution patterns of haloarchaeal species diversity. This study will shed some important light on whether habitat heterogeneity is beneficial to the increase of species diversity in different types of hypersaline environments, and exploring the evolution and application of haloarchaeal species.

高盐环境属于极端环境，其中蕴藏着丰富的生物资源，嗜盐古菌即是其中重要的生物类群之一，在医药和化工等领域具有广泛的应用前景。在不同地理来源的高盐环境（如盐矿、盐湖和盐土）中，嗜盐古菌物种多样性组成如何，是否存在着显著差异？这种物种多样性差异是如何形成的？本项目拟以盐矿、盐湖及盐土中的嗜盐古菌为材料，采用16S rRNA基因单独测序或克隆库大量测序技术分别对纯培养物和免培养获得的环境总DNA进行研究，分析对比三种高盐环境中嗜盐古菌的物种多样性，揭示嗜盐古菌的物种多样性差异与各高盐环境的关系，解析不同高盐环境中影响嗜盐古菌物种多样性组成的主要因子，探讨不同高盐环境中嗜盐古菌的物种多样性差异和地理分布格局形成的可能原因。本研究对于揭示生境异质化对嗜盐古菌物种多样性形成的影响、对认识嗜盐古菌的物种演化及对嗜盐古菌的资源开发等，具有较重要的科学意义。

嗜盐古菌隶属广古菌门、嗜盐菌纲，主要生活于盐湖、海水晒盐场、盐碱土壤、深海高盐盆地和盐矿等高盐环境，代表着地球生命对高盐胁迫的极限适应能力。这一特殊的生命形式，具有特殊的环境适应机制，为探索和利用生命的极限能力及其特殊的代谢功能提供了可能性。它在医药、皮革和化工等领域具有广泛的应用前景。本项目的样品分别采集自云南盐矿、青海茶卡盐湖和江苏连云港海边晒盐场。云南盐矿埋藏于地下700-1000米，所在地层形成于晚白垩纪。通过本项目的开展，（1）首次，揭示了三种不同高盐环境中嗜盐古菌物种多样性差异；（2）从中分离到嗜盐微生物1200多株，其中嗜盐古菌1000余株和嗜盐细菌200余株；其中包括部分产胞外蛋白酶和淀粉酶活力较强的嗜盐古菌；（3）鉴定并报道盐矿来源的2个新属：Haloparvum和Marivibrio，模式种分别为Haloparvum sedimenti和Marivibrio halodurans；以及8个新物种，分别为Hrr. yunnanense、Hrr. pallidum、Halobaculum roseum、Hrr. salsamenti、Hrr. trueperi、Hcc. salsus、Hrr. depositum和Hrr. glutamatedens；（4）发现仍有大量新分类单元存在于云南盐矿样品中，完成了其中的5个新分类单元的多项分类学鉴定和初稿撰写的相关工作，占已发现可能新种的比例不到十分之一；（5）发现并测序了10余个嗜盐古菌野生型质粒；报道了其中一个来自Haloferax属最小的滚环复制型质粒pHF2（2.2 kb）；（6）在在线版的伯接氏细菌鉴定手册上发表了有关Haloparvum属物种的界定的一个章节；（7）近期，在广泛开展嗜盐微生物物种多样性研究的基础上，检测到形成于6500万年前的盐矿生境中有嗜盐古菌及其噬菌体存在；在嗜盐古菌相互作用方面，观察到一种新型的抑菌现象。发表SCI研究论文11篇，联合培养研究生两名。本项目为极端环境微生物资源的开发和利用积累了大量宝贵的菌种资源，揭示了地下古老盐矿中蕴藏着大量未被人类发现和认识的新物种，储备的染色体外遗传因子（质粒）可用于构建嗜盐古菌复制型或表达型载体的基因或DNA片段元件。新的发现，为下一步深入探究嗜盐古菌之间以及嗜盐古菌与其噬菌体之间的相互作用机制，提供良好的研究材料。