海綿共生古菌、細菌的氮循環生態學功能的分子證據

《海綿共生古菌、細菌的氮循環生態學功能的分子證據》是依託上海交通大學，由李志勇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：海綿共生古菌、細菌的氮循環生態學功能的分子證據
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李志勇
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

相對於海綿共生微生物多樣性，海綿共生微生物生態學功能以及海綿與其共生微生物的關係遠未被揭示。海綿在海洋氮循環中起著重要作用，但是海綿共生微生物在其中的作用有待研究證明。至今還沒有系統地對海綿共生微生物的硝化、反硝化、厭氧氨氧化功能進行研究的報導。項目以五種不同種屬海綿的總樣品、海綿細胞樣品、海綿膠質層樣品為對象，採用不依賴於分離培養的宏基因組、基因文庫、螢光定量PCR、反轉錄PCR等分子技術，系統地對不同海綿及同一海綿不同部位的硝化、厭氧氨氧化和反硝化古菌與細菌多樣性及其相關功能基因amoA、nirS進行研究，揭示相關古菌、細菌種群組成及其amoA、nirS基因的分布、多樣性、豐度與轉錄活性特點，從基因水平為海綿共生古菌、細菌在海綿硝化、厭氧氨氧化和反硝化的氮循環中的作用提供證據。該研究對於揭示海綿共生微生物在海洋生態系統氮循環中的作用與相關機制以及海綿與其共生微生物關係具有重要科學意義。

結題摘要

課題針對10種不同海域、不同種屬的海綿，採用不依賴於分離培養的分子技術，系統地對硝化、氨氧化和反硝化古菌與細菌的多樣性及功能基因進行了全面系統的研究。首先揭示了Phakellia fusca海綿中共生細菌、古菌的多樣性組成、相對豐度，發現Phakellia fusca中變形菌門細菌（例如伽馬、阿爾法、德爾塔變形菌等）是優勢細菌；處於第2豐富的微生物是古菌（主要是泉古菌），在Phakellia fusca的氨氧化中起主要作用。以amoA、nirS、nirK、nxrA這些氮循環功能基因為標記，對來自印度洋、南海、東海的7種海綿中細菌、古菌的氨氧化、反硝化功能進行了研究，發現全部海綿中都有氨氧化過程存在，但是分別僅有AOB或者AOA發揮作用，或者AOA與AOB同時發揮作用。僅有2種海綿發現了nir功能基因，而且分別是nirS、nirK。以nirK、nosK基因為標記，定性、定量地對6種海綿的反硝化進行了分析比較，證明海綿共生細菌對於N2釋放具有重要作用。對Astrosclera willeyana共生細菌、古菌的空間分布及其氨氧化與反硝化功能進行了研究，發現一些細菌、古菌在海綿的皮質層、內層的分布具有特異性，例如Bacteroidetes, Frankineae和 Propionibacterineae 僅在內層發現，而Cyanobacteria, Planctomycetacia和Micrococcineae 僅在皮質層檢測到；氨氧化細菌AOB僅在內層發現。採用ureC基因為標記，針對海綿Xestospongia testudinaria中ureC基因的多樣性及其表達進行了全面研究，證明海綿共生細菌具有轉化利用海水中的尿素的能力。RNA水平上的微生物多樣性與氮循環功能基因研究證明隋氏地殼海綿中氨氧化古菌是活躍的。根據檢測到的nifH、amoA、narG、napA、nirK、norB、nosZ、ureC、nrfA和gltB基因，在海綿S. vesparium中構建了一個幾乎完整的氮循環網路。該研究從基因、轉錄水平為海綿共生古菌、細菌在海綿硝化、厭氧氨氧化和反硝化等氮循環過程中的作用提供了分子證據。