解析高盐环境中的极端微生物群多样性及其功能动态

《Microbial Ecology》：Unravelling Extremophilic Microbiome Diversity and Functional Dynamics in Hypersaline Environment

　　

摘要

太阳能盐田属于极端高盐环境，其中存在着功能特化的微生物群落，它们负责执行重要的生物地球化学转化过程。韦达拉尼扬位于孟加拉湾沿岸，那里有人工建造的太阳能盐田用于制盐。目前关于这类盐田的宏基因组多样性及功能特征的研究资料十分有限，这促使我们展开相关研究。在此，我们通过首次全宏基因组测序，探讨了在制盐的采前和采后阶段，盐田中微生物群落的功能结构变化情况。在门水平上，Methanobacteriota和Pseudomonadota在两个阶段都占据主导地位，而Halobacteria则是最丰富的类群（采前占比53.2%；采后占比48%）。在采后阶段，Dactylococcopsis salina的数量显著增加（从4.28%上升至12.67%），同时Cyanobacterota的相对丰度也翻了一番（从5.5%上升至10.6%），这反映出盐分去除后出现了光合作用驱动的初级生产。相反，在采后阶段，能够氧化硫的Guyparkeria halophila数量减少了23倍，而能够积累DMSP的渗透压调节菌Salinibaculum marinum则在采前占主导地位（占比6.98%）。不过，通过对宏基因组的功能分类分析发现，这些微生物群落积极参与了五大主要的生物地球化学循环，包括：cyanobacteria和多种嗜盐古菌参与的碳固定作用、通过固氮作用和反硝化作用实现的氮循环、采前存在的将硫酸盐还原与硫化物氧化相结合的隐秘硫循环、阶段性的DMSP分解代谢，以及通过古菌的能量保存机制实现的由光驱动的细菌视紫红质作用。宏基因组组装得到了10个宏基因组组装基因组（MAGs），这些基因组揭示了在各类生物地球化学循环中占主导地位的嗜盐微生物群的分类多样性和代谢潜力。这些研究结果为我们理解从采前以厌氧、化能自养为主的微生物群落到采后以好氧、光合作用为主的高盐生态系统的生态演替过程提供了重要见解，同时也深化了我们对人工管理的高盐生态系统中的微生物生物地球化学过程的认知。

图表摘要

太阳能盐田属于极端高盐环境，其中存在着功能特化的微生物群落，它们负责执行重要的生物地球化学转化过程。韦达拉尼扬位于孟加拉湾沿岸，那里有人工建造的太阳能盐田用于制盐。目前关于这类盐田的宏基因组多样性及功能特征的研究资料十分有限，这促使我们展开相关研究。在此，我们通过首次全宏基因组测序，探讨了在制盐的采前和采后阶段，盐田中微生物群落的功能结构变化情况。在门水平上，Methanobacteriota和Pseudomonadota在两个阶段都占据主导地位，而Halobacteria则是最丰富的类群（采前占比53.2%；采后占比48%）。在采后阶段，Dactylococcopsis salina的数量显著增加（从4.28%上升至12.67%），同时Cyanobacterota的相对丰度也翻了一番（从5.5%上升至10.6%），这反映出盐分去除后出现了光合作用驱动的初级生产。相反，在采后阶段，能够氧化硫的Guyparkeria halophila数量减少了23倍，而能够积累DMSP的渗透压调节菌Salinibaculum marinum则在采前占主导地位（占比6.98%）。不过，通过对宏基因组的功能分类分析发现，这些微生物群落积极参与了五大主要的生物地球化学循环，包括：cyanobacteria和多种嗜盐古菌参与的碳固定作用、通过固氮作用和反硝化作用实现的氮循环、采前存在的将硫酸盐还原与硫化物氧化相结合的隐秘硫循环、阶段性的DMSP分解代谢，以及通过古菌的能量保存机制实现的由光驱动的细菌视紫红质作用。宏基因组组装得到了10个宏基因组组装基因组（MAGs），这些基因组揭示了在各类生物地球化学循环中占主导地位的嗜盐微生物群的分类多样性和代谢潜力。这些研究结果为我们理解从采前以厌氧、化能自养为主的微生物群落到采后以好氧、光合作用为主的高盐生态系统的生态演替过程提供了重要见解，同时也深化了我们对人工管理的高盐生态系统中的微生物生物地球化学过程的认知。

图表摘要