印度洋多金属硫化物区硫酸盐还原菌多样性与dsr基因水平转移研究

西南印度洋多金属硫化物区是世界上首次发现的以地幔岩为基底的多金属硫化物区，其地质特征和生物种类尚未被进行深入研究，硫酸盐还原菌是多金属硫化物区复杂生态系统中的关键微生物类群，在硫和碳的元素循环中发挥着重要作用。本项目利用流式细胞仪分选硫酸盐还原菌单细胞，通过多重置换扩增获得各单细胞均匀高保真的全基因组扩增产物，再通过16S rRNA基因和dsr基因序列分析硫酸盐还原菌和亚硫酸盐还原酶(DSR)基因多样性及dsr基因的分布规律。本项目直接从环境中分离硫酸盐还原菌单细胞，可方便地建立硫酸盐还原菌16S rRNA基因和dsr基因间的对应关系，克服了传统方法的诸多不足。通过16S rRNA基因、dsr基因α亚基和β亚基构建的系统发育树的比较分析，本项目对dsr基因跨物种转移状况进行分析，并探讨环境对硫酸盐还原菌多样性及功能基因演化的影响。

硫酸盐还原菌是多金属硫化物区复杂生态系统中的重要微生物类群，其关键基因异化型亚硫酸盐还原酶基因（dsr基因）存在广泛的基因水平转移现象。本项目采用单细胞PCR和多重置换扩增的方法获得硫酸盐还原菌16S rRNA基因和dsr基因序列，从而克服传统方法的诸多不足。共获得16S rRNA基因序列、dsrA基因序列和dsrB基因序列各332条，其中古菌序列约占序列总数的5%，细菌序列约占序列总条数的95%，所获序列可划分为68个OTU。通过16S rRNA基因、dsrA基因和dsrB基因聚类比较，发现多金属硫化物区硫酸盐还原菌dsr基因水平转移发生的频率高于前人的预期，在68个OTU中有32%可判定为发生了dsr基因水平转移，说明通过基因水平转移方式获得dsr基因是硫化物区微生物适应环境高硫环境的重要策略，而环境因素对不同类群微生物中dsr基因转移影响程度不同，厚壁菌门等分布广、适应性强的微生物类群中dsr基因发生水平转移的概率偏高，这些微生物原本生存在非热液硫化物区，在扩散到高硫区域后通过基因水平转移方式获得硫代谢新途径从而适应了新环境，而泉古菌门硫酸盐还原菌相对来说是硫化物区的“原住民”，其dsr基因相对其他类群起源更加古老，未发现基因水平转移现象。对广古菌门、厚壁菌门、硝化螺旋菌门、热脱硫杆菌门等微生物类群中硫酸盐还原菌dsr转移的来源和方向进行了初步判定，并建立了dsr基因在这些类群中转移的初步模型。微生物一方面是基因的接受者，另一方面也是其他类群微生物基因的提供者，不同类群在微生物代谢多样性和演化过程中扮演的角色不同，对此的深入研究将有助于理解生命的起源与进化过程，对于微生物致病基因的转移过程也具有借鉴作用。