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浮游微藻和细菌占据海洋中大部分生物量,这些微生物共同驱动着海洋的生物地球化学循环。甲藻是二甲基巯基丙酸内盐(dimethylsulfoniopropionate,DMSP)的主要生产者。而DMSP是海洋细菌代谢过程中碳和硫的主要来源,海洋细菌可以将其分解成二甲基硫化物等产物,这些产物在影响海洋生物行为和气候方面具有重要作用。
本研究针对海洋中甲藻产生的DSMP可能对藻际细菌群落组成产生影响这一科学问题,利用化学、生物学和生物信息学手段,研究了不同甲藻产DMSP的能力以及其对藻际细菌构成的影响,得到如下结果:
1)本研究使用气相色谱测定DMSP含量,结果发现不同甲藻产DMSP能力有较大差异。网状原角藻(Protoceratiumreticulatum)和微小亚历山大藻(Alexandriumminutum)有较强的产DMSP的能力,藻培养液中DMSP的浓度为1732μM和2397μM。而微小原甲藻(Prorocentrumminimum)、德氏原甲藻(Prorocentrumtexanum)、强壮前沟藻(Amphidiniumcarterae)和两株虫黄藻(Symbiodiniumpseudominutum和Symbiodiniumkawagutii)产DMSP能力较弱,其浓度在225μM至841μM之间。
2)通过对高通量数据进行分析,我们发现,甲藻藻际细菌群落构成以变形菌门和拟杆菌门为主。在强壮前沟藻和网状原角藻藻际环境中,γ-变形菌中的Marinobacter属和Limnobacter属分别占绝对优势地位;而在微小亚历山大藻藻际除未分类细菌以外,玫瑰杆菌类群中的Roseobacter属丰度最高。在微小原甲藻和虫黄藻(S.kawagutii)藻际,黄杆菌类群中的Winogradskyella属和Muricauda属分别占据绝对优势。在德氏原甲藻和虫黄藻(S.pseudominutum)的藻际环境中,均是拟杆菌门中的Balneola属为优势菌群。玫瑰杆菌类群细菌在微小亚历山大藻、微小原甲藻和网状原角藻的藻际占比较高,分别达到28%、23%、15%。我们通过纯培养共分离出857株细菌,主要是变形菌。从微小亚历山大藻和微小原甲藻中分离的菌株均为玫瑰杆菌类群;从强壮前沟藻藻际分离出的菌株以交替单胞菌为主,并未分离出玫瑰杆菌类群的细菌;从网状原角藻分离的菌株主要隶属于α-变形菌和γ-变形菌。在德氏原甲藻藻际则分离出了放线菌Nocardioides和玫瑰杆菌Marinovum。从两株虫黄藻(S.pseudominutum和S.kawagutii)分离的菌株都以α-变形菌为主,玫瑰杆菌类群分别占19%和62.5%。
3)结合DMSP含量,对基于16SrRNA基因的高通量数据及可培养细菌的数据进行分析,发现DMSP含量和可降解DMSP菌群丰度呈正相关关系。另外,我们对菌群中玫瑰杆菌类群丰度也进行了统计,发现主要的玫瑰杆菌类群为Marivita属、Pseudophaeobacter属和Roseovarius属;同时,玫瑰杆菌丰度也与DMSP含量呈显著的正相关关系。
4)最后,我们对一株分离于微小亚历山大藻的新菌LMIT003T进行鉴定和分析,发现它属于α-Proteobacteria纲的Rhodobacteraceae科中的Tropicibacter属,属于玫瑰杆菌类群。通过对菌株LMIT003T的基因组分析,我们发现其具有降解DMSP,参与异化硝酸盐还原等过程的功能基因。最后,通过基于生理生化、进化关系以及表型等数据的综合分析,我们将该菌命名为TropicibacteralexandriiLMIT003T。
综上所述,我们发现不同甲藻其藻际细菌的构成和DMSP含量有很大差异;DMSP可能作为一种重要因素影响着甲藻藻际细菌群落构成及其丰度。本研究的结果可为揭示藻际细菌在硫的地球化学循环中的重要作用提供数据支持,并能够为藻菌的共进化研究提供思路和线索。
本研究针对海洋中甲藻产生的DSMP可能对藻际细菌群落组成产生影响这一科学问题,利用化学、生物学和生物信息学手段,研究了不同甲藻产DMSP的能力以及其对藻际细菌构成的影响,得到如下结果:
1)本研究使用气相色谱测定DMSP含量,结果发现不同甲藻产DMSP能力有较大差异。网状原角藻(Protoceratiumreticulatum)和微小亚历山大藻(Alexandriumminutum)有较强的产DMSP的能力,藻培养液中DMSP的浓度为1732μM和2397μM。而微小原甲藻(Prorocentrumminimum)、德氏原甲藻(Prorocentrumtexanum)、强壮前沟藻(Amphidiniumcarterae)和两株虫黄藻(Symbiodiniumpseudominutum和Symbiodiniumkawagutii)产DMSP能力较弱,其浓度在225μM至841μM之间。
2)通过对高通量数据进行分析,我们发现,甲藻藻际细菌群落构成以变形菌门和拟杆菌门为主。在强壮前沟藻和网状原角藻藻际环境中,γ-变形菌中的Marinobacter属和Limnobacter属分别占绝对优势地位;而在微小亚历山大藻藻际除未分类细菌以外,玫瑰杆菌类群中的Roseobacter属丰度最高。在微小原甲藻和虫黄藻(S.kawagutii)藻际,黄杆菌类群中的Winogradskyella属和Muricauda属分别占据绝对优势。在德氏原甲藻和虫黄藻(S.pseudominutum)的藻际环境中,均是拟杆菌门中的Balneola属为优势菌群。玫瑰杆菌类群细菌在微小亚历山大藻、微小原甲藻和网状原角藻的藻际占比较高,分别达到28%、23%、15%。我们通过纯培养共分离出857株细菌,主要是变形菌。从微小亚历山大藻和微小原甲藻中分离的菌株均为玫瑰杆菌类群;从强壮前沟藻藻际分离出的菌株以交替单胞菌为主,并未分离出玫瑰杆菌类群的细菌;从网状原角藻分离的菌株主要隶属于α-变形菌和γ-变形菌。在德氏原甲藻藻际则分离出了放线菌Nocardioides和玫瑰杆菌Marinovum。从两株虫黄藻(S.pseudominutum和S.kawagutii)分离的菌株都以α-变形菌为主,玫瑰杆菌类群分别占19%和62.5%。
3)结合DMSP含量,对基于16SrRNA基因的高通量数据及可培养细菌的数据进行分析,发现DMSP含量和可降解DMSP菌群丰度呈正相关关系。另外,我们对菌群中玫瑰杆菌类群丰度也进行了统计,发现主要的玫瑰杆菌类群为Marivita属、Pseudophaeobacter属和Roseovarius属;同时,玫瑰杆菌丰度也与DMSP含量呈显著的正相关关系。
4)最后,我们对一株分离于微小亚历山大藻的新菌LMIT003T进行鉴定和分析,发现它属于α-Proteobacteria纲的Rhodobacteraceae科中的Tropicibacter属,属于玫瑰杆菌类群。通过对菌株LMIT003T的基因组分析,我们发现其具有降解DMSP,参与异化硝酸盐还原等过程的功能基因。最后,通过基于生理生化、进化关系以及表型等数据的综合分析,我们将该菌命名为TropicibacteralexandriiLMIT003T。
综上所述,我们发现不同甲藻其藻际细菌的构成和DMSP含量有很大差异;DMSP可能作为一种重要因素影响着甲藻藻际细菌群落构成及其丰度。本研究的结果可为揭示藻际细菌在硫的地球化学循环中的重要作用提供数据支持,并能够为藻菌的共进化研究提供思路和线索。