大鹏湾海洋微生物群落多组学研究：揭开海洋生态奥秘

为探究大鹏湾近岸表层微生物群落变化，研究人员构建多组学数据库，揭示其动态规律及生态意义。

　　《大鹏湾海洋微生物群落多组学研究：揭开海洋生态奥秘》

在广袤无垠的海洋世界里，微生物虽小，却扮演着至关重要的角色。它们如同隐藏在海洋深处的 “小精灵”，参与着生物地球化学循环，对维持海洋生态平衡意义非凡。海洋中的细菌和古菌细胞数量庞大，全球估计可达约 1.23×103?，近一半存在于海洋中。这些微生物不仅是各种元素的分解者、转化者和生产者，在药物研发、天然产物提取以及海洋污染治理等方面也具有巨大的潜力。

然而，长期以来，海洋微生物却像是被蒙上了一层神秘的面纱。尽管科研人员对微生物与环境的相互作用展开了诸多研究，但针对海洋微生物的长期观测研究却明显不足。要知道，微生物群落的特征、物种组成以及功能潜能并非一成不变，它们会随着时间的推移，在不同的空间和时间尺度上对环境变化做出动态响应。就拿大鹏湾来说，这片位于中国南部海岸线的典型半封闭海湾，深受季风气候和人类活动的影响。温度、盐度等环境参数存在显著的季节性变化，可目前对于该区域水体中微生物群落结构和动态变化的研究却十分有限。这就好比在一幅巨大的海洋生态拼图中，缺失了关键的几块，使得我们难以全面了解海洋微生物的奥秘。

为了填补这一空白，南方科技大学深圳海洋古菌地球组学重点实验室的研究人员陈焱伟、陈丝若、陶建昌等，在张传伦的带领下，开启了一场探索之旅。他们开展了一项为期两年（2021 年 5 月 - 2023 年 6 月）的连续采样研究，旨在通过多组学方法构建大鹏湾表层海洋微生物组的综合数据库，为我们呈现一幅海洋微生物群落的动态图谱。这项研究成果发表在《Scientific Data》上，为我们深入了解海洋微生物生态提供了宝贵的线索。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。采样方面，从大鹏湾近岸表层每月、每周、每日采集样本，用 0.22μm 孔径滤膜收集微生物细胞。在分子生物学检测上，采用 FastDNA SPIN for soil kit 提取 DNA，Soil RNA Extraction Mini Kit C 提取 RNA；16S rDNA 测序分析微生物组成，通过特定引物扩增 V4 高变区，经 PCR 反应、产物纯化后在 MiSeq 平台测序；利用 Covaris M220 聚焦超声破碎仪处理样本 DNA 构建宏基因组文库，在 Illumina Hiseq X - Ten 平台测序；同样采用特定试剂盒和流程构建宏转录组文库，在 Illumina Novaseq6000 平台测序。数据分析时，借助 QIIME2、SPAdes、metaWRAP 等多种软件进行序列处理、组装、分箱等操作。

下面来看看具体的研究结果：

1. 微生物群落组成动态变化：研究发现，全年细菌在微生物群落中占主导地位，变形菌门（Proteobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidota）共占总量的近 50% - 90%。蓝藻门（Cyanobacteria）表现出明显的季节性变化，1 - 2 月和 5 - 6 月会出现显著的水华现象。水体中的浮游古菌主要由 MGI 泉古菌和 MGII 广古菌组成，且呈现动态波动。比如在 2022 年 11 月，研究人员检测到 MGI 的显著水华，其数量一度超过细菌，在微生物群落中占据主导地位，通过每周采样发现这一现象持续了约一个月。在每日采样中也能观察到微生物群落的动态变化，某些日子 MGII 会突然减少，伴随变形菌门和拟杆菌门的绝对优势，次日又恢复，这表明海洋微生物群落结构的变化遵循一定规律，且对外界因素响应迅速。
2. 宏基因组组装基因组（MAGs）分析：对每个样本的宏基因组进行单独组装，研究人员发现了 1216 个独特且经过优化的环境宏基因组组装基因组（MAGs），其完整性≥50%，污染率≤10%。这些 MAGs 分属于 17 个细菌门和 3 个古菌门。细菌 MAGs 中，变形菌门数量最多（579 个），其次是放线菌门（Actinobateriota，62 个）和疣微菌门（Verrucomicrobiota，53 个）。古菌 MAGs 主要以海洋 II 组古菌（MGII）为主，其中 MGIIa 有 113 个，MGIIb 有 31 个。
3. 转录活性分析：通过宏转录组测序分析微生物的转录活性，发现除了占优势的变形菌门、蓝藻门和拟杆菌门转录活跃外，相对低丰度的浮霉菌门（Planctomycetota）也维持着较高的转录活性。在古菌中，热原体门（Thermoplasmatota）不仅丰度最高，转录活性也最强。

综合来看，这项研究在不同时间尺度上为我们提供了多维视角，极大地增进了我们对大鹏湾微生物群落复杂性、动态性和适应性的全面理解。研究人员不仅深入了解了海洋微生物生态，还评估了它们在全球碳循环和其他关键生物地球化学过程中的作用，为海洋生物学、生态学和环境科学带来了全新的见解。它就像一把钥匙，为我们打开了海洋微生物世界的大门，让我们得以一窥其中的奥秘，也为后续深入研究海洋生态系统奠定了坚实的基础。相信在未来，随着研究的不断深入，我们将揭开更多海洋微生物的神秘面纱，更好地保护和利用这片蓝色的海洋家园。