珠江口沉积物中多糖降解与细菌趋化运动的偶联机制驱动微生物生态位分化

本研究针对河口沉积物中复杂多糖的微生物降解机制与生态位分化问题，通过宏基因组分析揭示了Bacteroidota等类群通过CAZymes（碳水化合物活性酶）降解多糖与T9SS（IX型分泌系统）介导的趋化运动（chemotaxis）和滑动 motility 的协同作用，阐明了碳循环中微生物功能分化的新机制，为河口碳汇过程提供理论依据。

　　

河口区域作为陆海交汇的生态过渡带，承载着全球近45%的海洋有机碳埋藏量。其中，来自陆源（如纤维素）和海源（如昆布多糖laminarin）的复杂多糖在沉积物中形成化学多样性极高的碳库。尽管已知PVC类群（Bacteroidota、Planctomycetota、Verrucomicrobiota）能通过多糖利用位点(PULs)降解这些聚合物，但微生物如何通过趋化运动和降解能力的协同作用实现生态位分化，仍是碳循环研究的认知空白。

为解决这一问题，中国科学院南海海洋研究所等机构的研究团队在《Journal of Environmental Sciences》发表研究，通过宏基因组技术分析珠江口沉积物微宇宙实验（添加昆布多糖、岩藻聚糖fucan、纤维素和几丁质chitin），首次揭示细菌趋化运动与多糖降解的偶联机制如何驱动生态位分化。研究采用宏基因组测序、CAZymes基因注释、代谢网络重构等技术，结合沉积物酶活检测（如β-葡萄糖苷酶β-GLU、N-乙酰葡糖胺酶NAG），追踪了多糖降解的功能响应。

研究结果

1. 采样与微宇宙实验
在珠江口（113.7221°E, 22.2574°N）采集表层沉积物，构建含不同多糖的厌氧培养体系。酶活检测显示，几丁质处理组NAG活性在第9天显著升高（P < 0.01），纤维素组β-GLU活性在第6天激增20倍，证实底物特异性诱导降解酶表达。

2. 酶活变化
宏基因组数据表明，纤维素和几丁质处理显著改变CAZymes基因组成。例如，糖苷水解酶家族GH16（靶向昆布多糖）和GH18（几丁质酶）丰度分别与对应底物降解正相关，而硫酸酯酶（降解岩藻聚糖）在fucan组富集。

3. 趋化运动与降解能力偶联
Bacteroidota的宏基因组组装基因组(MAGs)在多糖处理组中同时高表达CAZymes、糖转运蛋白和趋化相关基因（如SprB滑动蛋白、CTDs结构域）。T9SS通过分泌CAZymes并介导细菌滑动（gliding motility），形成"降解-趋化"正反馈循环，使该类群在空间异质性沉积物中占据竞争优势。

结论与意义
该研究首次在河口沉积物中建立多糖降解基因（CAZymes/PULs）与细胞运动（T9SS/chemotaxis）的功能关联，提出"代谢-运动偶联"驱动生态位分化的新模型。Bacteroidota通过T9SS同时实现CAZymes分泌和表面滑动，既能高效降解多糖，又能沿化学梯度迁移，从而在碳循环中扮演"活跃分解者"角色。这一发现为理解河口碳汇的微生物调控机制提供了新视角，对预测气候变化下碳循环响应具有重要价值。