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入侵型物种是世界海洋生态系统最大的威胁之一。作为热带珊瑚礁的一个主要的生物量,夏威夷珊瑚礁生态系统中大约一半的外来海洋物种是海绵。海绵Mycale armata原生长于澳大利亚海域。近年来被无意中引入夏威夷群岛地区,并迅速覆盖了大约5%的海底,成为夏威夷群岛珊瑚礁生态系统中最丰富的外来海绵物种。尽管已知海洋无脊椎共生体能够明显的影响生境范围,生态行为以及生态系统,而事实上入侵型海洋物种相关微生物分类仍然未知。海绵Mycale由于在夏威夷地区过度生长并杀死其共生的珊瑚虫,因此对当地的珊瑚虫及其他海洋物种造成了一系列严重的环境威胁。本研究通过可依赖分离培养型及不可依赖分离培养型两种方法研究海绵M armata的相关微生物群落。
主要实验结果为:海绵Mycale的微生物群落成员主要属于两大域(细菌及古细菌)和7个门,分别是变形杆菌门(Proteobacteria),包括α-、γ-、δ-变形杆菌亚门,厚壁菌门(Firmicutes),放线菌门(Actinobacteria)。拟杆菌门(Bacteroidetes),泉古菌门(Crenarchaeota),蓝藻门(Cyanobacteria),以及一个未分类的门。其中可培养的细菌主要是厚壁菌门(Firmicutes)及变形杆菌门(Proteobacteria)中的α-、δ-变形杆菌亚门,但占大多数的是低G+C的革兰氏阳性菌中的芽孢杆菌(Bacillus)。16S rRNA基因克隆文库的测序分析表明文库克隆到的序列隶属于具有高度系统发生多样性的种群,主要属于变形杆菌门(Proteobacteria),包括α、γ、δ-变形杆菌亚门(classesα-,γ-,andδ-Proteobacteria),占了所有克隆序列的86%。α-变形杆菌亚门(α-proteobacteria)占了16S rRNA基因文库总序列的75%。这是首次发现α-变形杆菌亚门(alpha-Proteobacteria)在海洋海绵16S rRNA基因克隆文库中成为优势菌群。同时从海绵中分离得到了鲍氏志贺菌(Shigella boydii),近平滑假丝酵母(Candida parapsilosis),真菌性病原菌Lacazia loboi,及赛氏曲霉(Aspergillus sydowii)等微生物病原体,也是首次在海绵中发现微生物病原菌,但珊瑚虫的死亡可能并非由于这些病原菌的感染而导致。通过DGGE对比海绵M armata与非入侵型海绵Subrites zeteki,或海绵Marmata与样品采集地海水,结果显示两种的微生物结构有明显的不同但相似的DNA条带表明有些微生物菌群属于这两种海绵共有,有些甚至也存在于海水中。对比16S rRNA基因克隆文库与DGGE亚克隆文库的测序结果,本试验首次发现在研究海绵相关微生物群落时不同分子手段之间亦有差异。本课题揭示了M armata相关微生物构成的全新和独特的一面,而且是该入侵型海洋物种相关微生物多样性的首次研究,对于试图理解微生物群体结构对于生态系统功能的作用有重要意义,并且为深入研究海Mycale armata入侵本质提供了强有力的证据与线索。