平衡北太平洋原生生物群落中的光合作用和呼吸作用

《The ISME Journal》：Balancing photosynthesis and respiration in North Pacific protist communities

　　

摘要

海洋浮游生物通过一系列营养策略来维持其新陈代谢，这些策略从纯自养到纯异养不等，而混合营养则在一个生物体内结合了这两种模式。不同的浮游生物根据环境条件来平衡这些策略，这使得将群落组成与生态系统过程联系起来变得复杂。为了量化在支持初级生产和呼吸作用的过程中的转录调控投入，我们提出了“基于转录产力的生产力”（Transcript-informed Productivity, TiP）指标，该指标定义为与光合作用相关途径（如光合作用、碳固定）的转录本数量与同时涉及光合作用和呼吸作用相关途径（如呼吸作用、大分子降解）的转录本数量之比。较高的TiP表明在初级生产力上的转录调控投入较多，而较低的TiP则反映了初级生产力投入的减少和/或对分解代谢活动的增加。我们利用在北太平洋三次纬度考察期间收集的宏转录组数据，将该指标应用于不同大小的真核浮游生物（约1-100微米）和不同的分类群。通过将TiP与18S rRNA基因序列数据以及流式细胞术测定的细胞大小信息相结合，我们发现营养丰富的区域中的生物量主要由具有较高TiP的大型光养性真核浮游生物（如硅藻）主导，这与较高的净群落生产力一致。而在营养受限的区域，真核浮游生物（浮游植物和浮游藻类）主要由鞭毛藻门和甲藻门组成，并显示出较低的TiP，这表明它们更依赖呼吸作用而非光合作用来获取能量，这与这些分类群在营养受限条件下的混合营养策略相符。TiP指标提供了关于真核生物生产力和呼吸作用的分类群特异性指标，可以通过识别对生态系统代谢平衡贡献最大的分类群来补充整体净群落生产力（Net Community Productivity, NCP）的测量结果。

图形摘要

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