淡水环境中低核酸含量细菌的时空分布与代谢机制

Most planktonic bacteria are “uncultivable” with conventional methods, and flow cytometry (FCM) is one of the methods that have been applied to study these bacteria. In natural aquatic environments, bacteria with high (HNA) and low (LNA) nucleic acid content are commonly observed with FCM after staining with fluorescent dyes. LNA bacteria contribute to at least half of the numbers in microbial community and are reported to have important ecological functions. To date, most studies have focused on the LNA bacteria in marine environments. Knowledge of freshwater LNA bacteria is very limited. The present project set out to investigate the community dynamics and ecological functions of LNA bacteria in freshwater environments. We aim to analyze the distribution of LNA bacteria in various freshwater environments and isolate novel and representative LNA bacterial strains. We’ll also elucidate the temporal and spatial distribution of LNA bacterial community along Haihe River and Tuanbo Lake. We’ll analyze the growth kinetics of LNA bacteria under various nutrient conditions. Furthermore, we aim to illustrate the response of LNA bacteria to various environmental pressure. The results of the project would provide 1) new insights towards LNA bacterial distribution and ecological functions, 2) foundation for microbial resource discover and management.

低核酸含量（LNA）细菌在水环境中广泛存在，并在生态系统中具有重要的作用。目前大部分关于LNA菌的研究都是在海洋环境中展开，淡水环境中LNA细菌的研究非常有限。本项目将围绕在淡水环境中LNA群落动态与代谢机制展开研究。以LNA菌群为研究对象，分析其不同淡水环境中的分布及群落结构，分离培养LNA代表性菌株。分析流域尺度上LNA菌群的时空变化及群落组成，提出并阐明淡水环境中LNA菌群时空地理动态变化规律。分析LNA菌对不同碳源的代谢能力及途径，通过生物信息学分析，揭示LNA细菌的保守基因。阐明LNA细菌对不同环境压力的响应机理。本项目的研究成果将促进对微生物群落动态整体认识，有助于进一步全面掌握LNA菌的分布及代谢机制，并为微生物资源的进一步开发和利用奠定基础。

低核酸含量(LNA)细菌在水环境中广泛存在，并在生态系统中具有重要的作用。目前大部分关于LNA菌的研究都是在海洋环境中展开，淡水环境中LNA细菌的研究非常有限。本项目围绕淡水环境中LNA菌群展开了系统性研究，阐明了湖泊生态系统中LNA细菌的群落多样性及潜在功能，发现LNA细菌在湖泊生态系统中具有数量优势，营养物质的浓度是影响LNA细菌分布及生长繁殖的重要因素。项目分析了温度、pH对地下水生态系统中LNA细菌群落结构及功能影响，发现LNA细菌的细胞结构相比其他微生物具有更强的温度和pH耐受性。此外，温度升高和pH降低导致地下水微生物群落结构发生相应改变，增强了地下水菌群潜在的反硝化能力。项目成功分离得到了淡水环境中典型LNA细菌菌株，通过全基因组测序及与同属的模式菌株进行基因组比对，发现从代谢途径上LNA菌株具有多种营养物质的完整通路，表明其可以在寡营养环境中同时利用多种类型的营养物质以满足自身生长和生存的需要。项目进一步研究了LNA细菌对碳源和磷源的利用，发现外源ATP-P不仅可以作为能量物质，而且可以在LNA细菌生长期间将其中一部分以多聚磷酸盐的形式储存在细菌体内，并在稳定期时逐渐释放磷源，进而供给微生物维持长期的生存和活性。此外，项目还深入分析了氯消毒剂对于代表性LNA细菌的杀菌效率、细胞膜完整性的影响，以及LNA细菌在氯消毒剂存在条件下潜在的再生及适应能力变化。本项目的研究成果可促进对淡水微生物群落动态整体认识，有助于进一步全面掌握LNA 菌的分布及代谢机制，并为微生物资源的进一步开发和利用奠定基础。