利用深度测序与比较元基因组学分析海绵共生微生物群落代谢潜力与生态学功能

海绵在海洋生态系统的物质与能量循环中发挥着重要作用。目前对于海绵共生微生物的多样性已经比较了解，但是对于海绵共生微生物群落功能仍缺乏基本认识。海绵共生微生物群落的生态学功能是怎样的？这是海绵共生微生物研究急需回答的一个重要科学问题。传统分子技术及DNA测序技术无法很好回答这个问题，新一代深度测序与元基因组学、比较元基因组学的结合为回答这一问题提供了有力工具。项目针对一株南海浅海（约20m）海绵Holoxea sp.和一株大西洋深海（约2000m）海绵Lamellomorpha sp.）的胞内、胞外共生微生物群落的元基因组进行深度测序，通过比较元基因组学分析揭示相关功能基因、蛋白和代谢途径，预测海绵共生微生物群落在能量、营养、有害代谢产物去除、抗逆等方面的代谢潜力与生态学功能及其与微生物种群组成及胞外、胞内分布的关系。项目对于最终了解海绵共生微生物群落的功能及其与海绵宿主的关系具有重要意义。

浅海海绵（Theonella swinhoei）与深海海绵（Neamphius huxleyi）都拥有丰富多样的细菌、古菌、真菌和藻类。两种海绵共生微生物的代谢潜力总体上是相似的,然而具有不同的代谢潜力，例如具体微生物参与的碳氮磷硫的转化与利用等。元基因组数据显示，在海绵Neamphius huxleyi中生活着丰富多样的原核与真核的共生生物。MEGAN与基因富集分析提示原核共生微生物具有与真核共生微生物不同的代谢特征，尤其是在氮、碳和它们与宿主的互作上。. 在3种南海海绵Arenosclera heroni、Dysidea arenaria和Astrosclera willeyana检测到Desulfovibrio细菌。只有一个OTU的SRB在三种海绵中共有，提示海绵具有特异性的SRB类群。 Ascomycota 与Basidiomycota2个真菌门、Chlorophyta、Haptophyta、Streptophyta、Rhodophyta与Stramenopiles5个藻类门，以及Alveolata、Cercozoa、Haplosporidia与 Radiolaria4个原生动物门，共计47个目（12个真菌目、35个原生生物目）在11种南海海绵中检测到。不同的海绵，在目的水平上，其共生的真核生物多样性具有差异性。. 在海绵Theonella swinhoei与Xestospongia testudinaria中总共检测到属于Ascomycota、Basidiomycota和Blastocladiomycota3个门的26个真菌OTU，尤其是发现77.3% 的海绵真菌序列属于 Pezizomycotina真菌。发现海绵具有不同于周围海水的真菌组成，也就是说海绵具有海绵特异性的真菌组成。DNA、RNA水平上真菌OTU大多数是相同的，说明真菌中大多数真菌是活跃的，即具有蛋白质合成潜力。. 该课题的研究意义在于，增加了我们对于浅海、深海海绵及其原核共生微生物与真核共生微生物各自的总体代谢特征、海绵共生微生物功能、微生物与宿主共生关系以及微生物对海洋环境的适应机制的了解。同时，研究也在海绵中检测到了硫还原细菌、真核共生生物，尤其是活跃的 Pezizomycotina真菌，扩展了我们对海绵共生真菌及其可能的生态学价值的认识。