极地海洋上层生态系统中玫瑰杆菌支系的多样性及生态功能分析

遍布于全球海洋、具有高丰度及生理多样性的玫瑰杆菌支系，是海洋上层生态系统中重要的组成部分并占据重要的生态学地位，相关研究近年来已成为海洋细菌研究中最受关注的热点之一。但目前国内外对于该类群在极地低温海洋生态系统中的多样性组成、分布及生态地位，还知之甚少。采用分离培养技术与非培养分子生物学技术相结合的方法、通过对极地不同海域中玫瑰杆菌支系及其功能基因多样性的比较研究，结合其丰度分布及特定生态功能基因的表达状况分析，对于我们正确认识极地不同海域中玫瑰杆菌支系多样性组成的异同及其与环境的相关性、是否存在功能基因的水平转移、以及它们在当地生态系统中所占据的生态地位与作用，都具有重要的科学意义。

在极地海洋中分布着丰富的浮游细菌及古菌，数量级在108-109cells L-1。分离获得的北极不同海域的浮游细菌，主要包括γ-Proteobacteria、Bacteroidetes、Actinobacteria及Firmicutes等，其中Pseudoalteromonas属占据明显优势。北极楚科奇海边陲区的表层水样中α-、γ-Proteobacteria、Actinobacteria、Bacteroidetes及蓝细菌为优势类群，王湾海域的表层水体则以γ-Proteobacteria、Bacteroidetes及α-Proteobacteria为主，而在南极长城湾、阿德雷湾的表层水体中，Bacteroidetes、α-及γ-Proteobacteria为优势类群。某些系统发育型，广泛分布于极地不同海域，它们可能因环境条件的不同而出现丰度上的变化、从而在特定海域的浮游细菌群落中成为优势或稀有组分。在Bacteroidetes、α-Proteobacteria等海洋优势类群中，普遍存在Polaribacter、Sulfitobacter等属的广布性细菌，在不同地理位置、但具有相似环境条件的海洋生境中，这些细菌可能发挥着相似的生态功能。包括Loktanella、Sulfitobacter等属在内的Rhodobacterales在南、北极不同近岸海域上层海洋生态系统中，不但具有较高的丰度，而且通过光合作用、DMSP代谢途径参与当地生态系统中的碳、硫循环，说明玫瑰杆菌支系在极地低温海域同样具有重要的生态学地位。多样性的基因水平转移因子则为这些细菌获得特定生态功能基因提供了保障。温度、盐度等环境条件的变化会影响细菌pufM、dddL等功能基因的表达。此外，在北极新奥尔松地区冰川中Cyanobacteria、Bacteroidetes、α-Proteobacteria以及Actinobacteria为主要类群。从冰川中分离获得Pseudoalteromonas属细菌，它们可能来源于海洋环境。本项目成果，对于我们认识极地低温海域中玫瑰杆菌支系的多样性组成及其生态地位，具有重要的科学意义。而对Pseudoalteromonas sp.BSw20308基因组的研究，将有助于我们了解该属在北极海洋环境中的适应能力，并为该菌的应用开发提供基础。