我们的特色
我们用计算手段解码生命
本组最近成果摘要 |
========= 科研信息 ========= |
孙丹论述了青藏高原咸水湖的储碳机制。
基于宏基因组学的青藏高原微生物生态研究
|
|
摘要：青藏高原因其高寒的特性，是全球重要的碳库，同时也塑造了该地区特殊的微生物生态系统。全球变暖影响下，会改变青藏高原碳汇的特性，转变成碳源。通过宏基因组学研究方法，揭示微生物群落在碳氮循环中的代谢潜能并从中发现各个种群的生态位有着重要意义。采样地点位于羌塘保护区内的纳木错是世界海拔最高的咸水湖和大型湖泊，基本不受人为影响，且水深超过 90 m。
- 1. 于N 30°36.223′; E 90°19.731′，采集纳木错表层湖水与岸边土壤环境总DNA。通过高通量测序分别获得43G纳木错表层湖水环境总DNA和测序数据和22G纳木错岸边土壤环境总DNA。通过宏基因组组装分别获得940233和735951个≥1000bp连续重叠序列（contigs），以及2023697642bp和1410402010bp的总长度。
- 2. 纳木错表层湖水微生物群落构成中主要的菌门依次为变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）、纤维杆菌-绿菌-拟杆菌超门（Fibrobacteres-Chlorobi-Bacteroidetes group，FCB group）和蓝细菌门（Cyanobacteria）。而纳木错岸边土壤微生物群落主要构成的菌门是由放线菌门厚壁菌门构成的大地菌超门（Terrabacteria group），变形菌门（Proteobacteria）、纤维杆菌-绿菌-拟杆菌超门（Fibrobacteres-Chlorobi-Bacteroidetes group，FCB group）和酸杆菌门（acidobacteria）。通过比较两者的群落构成发现，参与好氧不产氧光合过程的变形菌在表层湖水微生物群落中占比更高，而拥有固碳能力拟杆菌和厚壁菌分别在表层湖水和岸边土壤的群落中占比更高。
- 3. 通过宏基因组分箱的方法，从纳木错表层湖水宏基因组中获得60个宏基因组组装出的基因组（metagenome-assembled genomes，MAGs），其中16个为接近完整的高质量MAGs。注释出各个MAGs的大致物种，并构建基于全基因组的系统发育树。纳木错表层湖水MAGs中群落含量较高的依次是拟杆菌门的嗜二氧化碳噬纤维菌属（bin55）和王祖农菌属（bin13）、变形菌门的伯克氏菌属（bin40）、放线菌门的棒形菌属（bin56）和链霉菌属（bin12）。
- 4. 通过氮循环数据库NCycDB的注释，揭示出γ变形菌纲的黄单胞菌（bin2）和β变形菌纲的青枯菌（bin58）有着很高的氮循环参与度。通过糖类代谢子系统的注释，发现固碳微生物有蓝细菌门的聚球藻科（bin6和bin9）、拟杆菌门的黄杆菌目（bin30、bin48、bin55、bin57和bin60）、变形菌门的伯克氏菌属（bin40）、拟杆菌门的海洋红嗜热盐菌（bin53），以及异养碳代谢的多样性。此外，优势菌bin13对糖类代谢为专性合成并利用海藻糖，海藻糖是群落构成结构稳定的基础。另有7个MAGs携带碳储存调节子系统，通过抑制糖原合成和协助多肽转运，以此摆脱细胞的碳饥饿。
- 5. 分析了蓝细菌聚球藻科的bin6和bin9的最大生态位，能将过剩的被固定碳以“碳汇”的方式转换成糖原，还通过合成N-乙酰氨基糖类和肽聚糖的方式将光合作用固定的CO2转换成惰性溶解性有机碳。还发现青藏高原特有蓝细菌MAGs对于强光照条件的多重光防御的高度适应, 并根据同源建模预测了ApcE蛋白结构模型。
- 6. 发现两个具有好氧不产氧光合作用潜力的MAGs。其中一个MAG（bin35）在分类上属于芽单胞菌门，这是首次被发现的疑似变形菌门外的好氧不产氧光合细菌（Aerobic Anoxygenic Phototrophic Bacteria，AAPB）。根据蓝细菌和AAPB生态位的解析，纳木错表层湖水中存在类似“微型生物泵”的储碳机制。
