大兴安岭地区火山口湖好氧不产氧光合菌群落多样性及系统分类

Aerobic anoxygenic phototrophic bacteria are a group of heterotrophic prokaryotes capable of utilizing light as energy source without producing molecular oxygen. They are widely distributed in the global ocean, and potentially play unique roles in carbon cycles and energy cycles. Recently, these bacteria are found in diverse continental aquatic systems including rivers, freshwater lakes, saline lakes and hot springs. In this research, we propose to take samples from the crater lakes, which are special geological environment, located in the Da Hinggan Mountains. The abundance of AAPB will be assessed by using real-time PCR and epifluorescence microscopy. The diversity and community structure of AAPB in different crater lakes will analyzed by Illumina high-throughput sequencing of pufM, and their relative environmental factors will also be elucidated. The phylogenetic relationship and evolutionary distance of AAPB in these crater lakes will be estimated. Besides, we propose to isolate the culturable AAPB strains from these samples, and finish their phylogenetic taxonomy. This research will uncover the distribution and diversity of AAPB community in the new environment, and also provide preliminary investigation of bacterial diversity of the crater lakes in the Da Hinggan Mountains.

好氧不产氧光合菌（aerobic anoxygenic photoheterotrophic bacteria, AAPB）是一类能在有氧条件下行驶光合作用而不产氧的专性异养细菌。它们广泛分布在全球海洋环境中，在碳循环和能量循环中起着重要作用。近几年对AAPB的研究逐步从海洋延伸至内陆，发现AAPB也分布在河水，内陆湖，盐湖和热泉等环境中。大兴安岭火山群囊括了不同种类的火山口湖。本项目拟从该地区火山口湖中取样，使用荧光显微镜和定量PCR检测火山口湖中AAPB的丰度；通过对 pufM 进行Illlumina高通量测序，分析样品中AAPB的多样性，阐明不同火山口湖中AAPB的群落结构差异及其与环境因子的关系，分析它们的系统发育关系和进化距离；并从样品中分离AAPB菌株，对其进行生理生化和系统分类学研究。该项目将揭示AAPB在新环境中的分布和多样性，为了解大兴安岭地区火山口湖细菌多样性奠定基础。

好氧不产氧光合异样细菌（aerobic anoxygenic photoheterotrophic bacteria, AAPB）是一类能在有氧条件下行驶光合作用而不产氧的专性异养细菌。它们广泛分布在全球水体环境中，在碳循环和能量循环中发挥着重要作用。.本项目以大兴安岭地区8个火山口湖这一封闭的水体环境为研究对象，通过荧光定量PCR检测了湖水中AAPB的丰度；发现其丰度约为1.21×104-6.82×105 cfu/ml，占总细菌的0.01%-4.79%。相关性分析得出，AAPB及总细菌丰度与水体的无机碳，溶氧，浊度，Cl，Mg，Fe，Mo，Si，S呈正相关；AAPB含量与水体中溶氧呈负相关，与Fe呈正相关。 对pufM基因进行Illlumina高通量测序，结果显示火山口湖中的AAPB在α-，β-和γ-变形菌门中均有分布，其中Limnohabitans在八个火山口湖中的AAPB中均占有相当高的比例，是AAPB的主要成员。样品间聚类发现，各个湖中的样品聚类具有显著的特异性。此外，YL,TX, WS 三个形成于晚更新世的火山口湖聚集在一起，而TF和TC 两个形成于中更新世的火山口湖聚集在一起，推测火山口湖中的AAPB群落结构可能与火山口湖形成时间有关。同时CCA分析发现离子浓度对AAPB群落结构有显著影响，其中Na，Mg，Ca，F 影响着TX的AAPB群落结构，K影响着DC 的AAPB群落结构；DJ, TC，WS 中AAPB群落与总离子浓度呈负相关。此外，从样品中分离了965株菌株并进行了保藏，约240株为潜在新种，对其中部分新菌种进行了菌株鉴定及系统分类学分析，命名了两个新种。.综上所述，该项目将培养和非培养方法相结合，揭示了AAPB在新环境中的多样性和群落结构，获取了火山口湖中的菌株资源，为进一步了解火山口湖细菌多样性及AAPB在碳循环和能量循环中的作用提供了菌种资源和理论基础。