产四醚膜类脂(GDGTs)的盐碱微生物对环境变化的响应机理

Glycerol dialkyl glycerol tetraethers (GDGTs) are specific microbial membrane lipids that have been regarded as a biomarker. These compounds are significant on the exploration of the geological environment evolution, the cycling of global carbon and nitrogen, and the reconstruction of paleoenvironment. However, the mechanisms on the GDGTs-synthesizing microbial habiting in soda-saline soils related with the environmental changes are rarely reported. We have collected the 50 samples of saline-alkaline soil from the Songnen plains, and analysis an array of parameters and GDGTs compositions. On the basis of our preliminary data, three SHORT TERM objectives are proposed: .① Elucidation of the distribution of GDGTs and impact of environmental variables for providing theoretical basis indicating Songnen plain climate evolution; ② Clarifying the microbe capable of synthesizing GDGTs for understanding the specific microbial populations that have a critical role in the biological cycle of Songnen plains; ③ Validation of GDGTs-synthesizing microbial strain related with environmental variables and completely sequencing its genome for the perspective of GDGTs metabolic as to explain the mechanism responding to environmental factors. This study will offer a novel theory of microbial ecological function on synthesizing GDGTs in Soda-saline soil. The results of the work will also offer insight into extremophiles response to climate change in the earth's carbon and nitrogen cycling and get feedback to get a new interpretation.

四醚膜类脂(GDGTs)作为一种独特的生物标记物，仅存在于某些特定的微生物膜脂中，对探讨地质环境演化、地球碳氮循环和重建古环境都具有重要的科学意义。然而，寒区苏打盐碱土中产GDGTs的盐碱微生物对环境变化的响应却鲜有报道。我们已采集松嫩平原苏打盐碱土50份，测定了环境参数和GDGTs类型及其含量。拟在此基础上：①阐明苏打盐碱土中GDGTs的分布特征及其对环境因子的响应机理，为GDGTs指示松嫩平原气候演变提供理论依据；②寻找苏打盐碱土中能合成GDGTs的微生物源，以揭示产GDGTs特殊功能群在松嫩平原生物地球循环中重要的功能；③探讨产GDGTs纯培养菌与环境的互作规律并进行全基因组学分析，从代谢和组学角度解释对环境因子的响应机理。本课题将为苏打型盐碱土中产GDGTs微生物的生态功能及演化提供新颖的理论观点，也将加强对极端微生物在地球碳氮循环对气候变化的响应和反馈以获得新的理解和诠释。

四醚膜类脂(GDGTs)作为一种独特的生物标记物，仅存在于某些特定的微生物膜脂中，对探讨地质环境演化、地球碳氮循环和重建古环境都具有重要的科学意义。在本项目的资助下，本研究组应用高效液相色谱‒质谱分析bGDGTs，Illumina Miseq和ddPCR技术测定松嫩平原盐碱土样品的细菌群落结构。结果表明：①含较少环戊基环的bGDGTs绝对含量高，能在土壤中长期存在大量积累；②bGDGTs分布和相对丰度受6个环境变量控制，影响最大的环境因子为pH，高pH限制着bGDGTs环戊基环的数量，另一个显著因子Na+浓度为99.83−5196.72 mg/kg时与bGDGT环化指标CBT呈负相关；③碳骨架上拥有0个戊元环和4个戊元环的iGDGT-4 、Crenarchaeol及其异构体Crenarchaeol'含量远远高于iGDGT-1、iGDGT-2、iGDGT-3，含0-3个戊元环的iGDGTs在各样本占比12.31%-27.56%。NO3-、pH、TN、HCO3-与iGDGT-0两两间表现出正相关性、而与iGDGT-4、Crenarchaeol为代表的高碳环类表现出负相关性；④bGDGT IIa的细菌来源可能为Catelliglobosispora、Longispora、Truepera、unidentified（Gemmatimonadetes目）、Tepidamorphus、Rubricoccus、Planctomyces、Singulisphaera，bGDGT IIb来源于Pseudomonas；⑤推测Crenarchaeol的微生物源是Genus8（uncultured archaeon），iGDGT-0的微生物源是family2（Haloferacaceae）和Class1（Halobacteria）。综上，本课题分别得到bGDGTs和iGDGTs的分布特征及其与环境因子之间的对应关系，解析了微生物群落结构特征及生态功能，探明了GDGTs微生物源。同时，分离获得了两株嗜盐碱菌新物种(Natronolimnobius aegyptiacus)和(Bacillus urumqiensis)及其全基因组图谱。为苏打型盐碱土中产GDGTs微生物的生态功能及演化提供新颖的理论观点，也将加强对极端微生物在地球碳氮循环对气候变化的响应和反馈以获得新的理解和诠释。