北印度洋深海海参肠道菌群与沉积物微生物群落特征及互作关系研究

深海环境中的微生物群落对宿主适应性至关重要，但印度洋深海海参肠道菌群特征尚不明确。中国研究人员通过16S rRNA测序，对比分析了北印度洋九度东脊(NER)和阿拉伯海盆地(ASB)两个区域的深海海参肠道与沉积物菌群。研究发现肠道菌群以放线菌门(Actinobacteriota)、变形菌门(Proteobacteria)等为主，其组装过程受随机性因素主导，且富含氨基酸/糖类代谢通路，显著区别于沉积物菌群。该研究为极端环境下宿主-微生物共生机制提供了新见解。

　　

深海环境被誉为地球最后的边疆，其中栖息着大量适应极端条件的生物，深海海参（holothurians）作为典型的底栖无脊椎动物，其生存高度依赖肠道微生物群落。这些微生物不仅参与宿主的能量代谢和营养循环，还可能帮助宿主适应高压、低温、寡营养的深海环境。然而，目前关于深海海参肠道菌群的研究多集中于浅海物种，对印度洋等典型深海区域的认知仍存在巨大空白。更关键的是，深海沉积物与宿主肠道菌群的互作机制、群落组装规律及其生态功能尚未系统揭示。

为解答这些问题，中国研究人员利用载人深潜器"蛟龙"号，在北印度洋两个典型区域——受青藏高原径流影响的九度东脊(NER)和具有上升流系统的阿拉伯海盆地(ASB)，采集了13只深海海参（分别属于Elasipodida和Synallactida目）及其周边沉积物样本。通过16S rRNA基因测序技术，结合生物信息学分析，系统比较了不同生境下肠道与沉积物菌群的组成差异、功能预测及生态过程。研究论文发表在《Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers》上。

关键技术方法包括：1）使用HOV Jiaolong在1912-4439米深度采集样本并现场无菌处理；2）Illumina平台16S rRNA基因V3-V4区测序；3）基于ASVs（扩增子序列变体）的α/β多样性分析；4）FAPROTAX功能预测；5）网络分析和中性群落模型评估生态过程。

样本收集与海参鉴定
研究团队在2022年4-7月的"深海一号"航次中，通过"蛟龙"号在NER（9只个体）和ASB（4只个体）采集样本。采用75%乙醇表面消毒后，无菌操作取肠道内容物，同步收集周边沉积物作为对照。样本经形态学和分子生物学鉴定，涵盖Elpidiidae等深海特有种。

多样性及组成特征
从1,763,180条有效序列中鉴定出15,910个ASVs。α多样性显示肠道菌群在NER与ASB间无显著差异，但β多样性分析（PCoA）表明肠道菌群明显区别于沉积物菌群。门水平上，放线菌门(Actinobacteriota)、变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)等在两类样本中均占优势，但相对丰度存在显著差异。

肠道菌群功能预测
功能分析揭示肠道菌群显著富集于氨基酸代谢、糖苷代谢等通路，而沉积物菌群更多参与碳循环。值得注意的是，NER肠道菌群网络呈现更高比例的正相关性（74.5% vs 沉积物的61.3%），暗示微生物间存在更强的协作关系。

群落组装机制
中性群落模型分析表明，肠道菌群组装主要受随机性过程支配（迁移漂变占比68%），而沉积物菌群则以确定性过程（环境筛选）为主。这种差异可能与宿主的选择性消化和肠道微环境均质化有关。

结论与意义
该研究首次系统揭示了北印度洋深海海参肠道菌群的三大特征：1）地理隔离下仍保持组成相似性，体现功能趋同进化；2）代谢功能特化，显著区别于沉积物菌群；3）随机性过程主导的组装机制。这些发现不仅拓展了极端环境微生物生态学理论，还为深海生物资源利用提供了微生物组层面的科学依据。特别是发现深海海参可能通过"菌群筛选-代谢强化"策略适应寡营养环境，这对理解全球深海碳循环和生物地球化学过程具有重要启示。研究团队特别指出，后续需结合宏基因组和培养组学进一步验证菌群功能，并探索深海微生物在生物技术中的应用潜力。