若尔盖湿地退化过程中甲烷氧化菌菌群动态演替及环境特异性菌株的分离研究

Zoige wetland of the Tibatan plateau is the largest alpine peat land in China. The dramatic wetland loss and degradation occur in recent years as a result of both climate change and human activity. Methane oxidizing bacteria (methanotrophs) in wetland can mitigate methane produced by methanogens, and up to 90% methane can be attenuated by methanotrophs before reaching the atmosphere. The understanding of methane oxidation capacity and dynamic succession of methanotrophic groups is not only the key issue to explain carbon cycle in wetland, but also the basis to explore novel methantroph isolates in this unique habitat. In this study, soil samples from different degradation stages in Zoige wetland are chosen to study several key issues during methane oxidation processes. Methane oxidation capacity is measured by Gas Chromatography (GC), the dynamic successions of methanotrophic groups are investigated by molecular microbial ecology techniques, and we will try to specifically isolate those novel methanotrophs revealed by molecular microbial ecology analysis using a novel droplet microfluidics method recently developed in our lab, which we called microfluidic streak plate (MSP). Our results would provide the basis for carbon cycle study in wetland, and give theoretical support for making wetland protection policies.

青藏高原若尔盖湿地是我国最大的高原沼泽湿地，近年来在环境和人为作用的影响下，湿地退化呈加剧趋势。甲烷氧化菌在湿地甲烷氧化过程中具有重要作用，是湿地中最主要的甲烷消耗菌群。研究湿地不同退化阶段甲烷氧化能力及甲烷氧化菌菌群演替特征是理解湿地碳循环的主要环节，也是发现若尔盖湿地中新的甲烷氧化菌资源的关键步骤。本项目以我国青藏若尔盖湿地不同退化阶段土壤为研究对象，通过气相色谱方法估算湿地退退化过程中甲烷氧化能力的变化,利用分子微生物生态学方法解析退化过程中甲烷氧化菌菌群的演替特征,同时采用新型液滴微流控单细胞高通量阵列涂布培养技术对前期研究和本研究中分析得到的环境特异性甲烷氧化菌进行分离和鉴定。本项目可为高寒湿地碳循环研究和微生物物质代谢研究提供研究基础，为制定湿地保护政策提供理论依据。

青藏高原若尔盖湿地是重要的甲烷排放源，土壤中的甲烷氧化菌能将大约20%-60%氧化为二氧化碳，极大程度上降低甲烷的温室效应作用。本研究利用扩增子测序对若尔盖湿地不同退化阶段的微生物群落进行研究，研究结果显示，湿地土壤和草甸土壤微生物组成相似，但沙化土壤中微生物组成发生明显变化，显示湿地退化过程伴随着微生物群落的显著演替。另外，本研究利用13C稳定同位素示踪进行微宇宙培养，对湿地中的活跃甲烷氧化菌进行富集培养，宏基因组测序揭示未知的Methylobacter和Methylocystis菌群占很大甲烷氧化菌比重，进一步说明若尔盖湿地存在环境特异性甲烷氧化菌菌群，且这些菌群在若尔盖湿地甲烷氧化过程中起重要作用。分析得到3个较高质量（完整度80%左右，污染度<10%）的甲烷氧化菌基因组，经初步分析发现这些基因组与已有甲烷氧化菌菌株相似度较低，是新的环境特异性甲烷氧化菌菌株。最后，本研究通过富集培养，DNMS琼脂平板稀释分离得到两株甲烷氧化菌株，分属于Methylomonas和Methylosinus。未来研究可集中于利用新方法对已获得的富集培养物进行单细胞分离培养，并结合单细胞基因组测序，获得更多甲烷氧化菌菌株及基因组资源，为明晰低温环境下甲烷氧化机理提供更多菌株和基因组资源。