近日，山东大学微生物技术国家重点实验室张玉忠教授团队在microbiome杂志在线发表了题为“phytoplankton-derived polysaccharides and microbial peptidoglycans are key nutrients for deep-sea microbes in the mariana trench”的研究。该研究基于宏基因组学和宏转录组学分析发现了马里亚纳海沟深海活跃的微生物类群以及高转录丰度的胞外降解酶基因，并揭示了深渊海域微生物的关键营养来源，为深入认识深渊海域微生物的生态功能提供理论依据。山东大学博士后党延茹为该论文第一作者，山东大学秦启龙教授、张玉忠教授和英国华威大学陈银教授为共同通讯作者，山东大学微生物技术国家重点实验室为第一完成单位和通讯作者单位。
深海是最大的海洋生态系统，推动全球范围内的生物地球化学循环。深海生物的主要能量和营养来源是表层复杂高分子量有机质的沉降。微生物会分泌胞外降解酶将这些高分子量有机质降解成可利用的小分子物质，从而被其自身或群落中的其他微生物吸收利用。然而，我们对深海微生物可利用的特定高分子量有机质的了解仍然非常有限。胞外降解酶是影响高分子量有机质降解速率的关键，也是揭示微生物养分获取和生活方式的可靠指示物。因此，研究有活性的胞外降解酶及分泌这些胞外降解酶的微生物，可以更好地理解深海微生物的生态功能及营养来源。
研究团队将宏基因组学、宏转录组学以及胞外降解酶活性进行了整合分析，全面调查了马里亚纳海沟整个水体（50-9305m）尤其是深海海域的活跃微生物类群以及参与高分子量有机质降解利用的胞外降解酶。研究结果强调了放线菌在深渊和超深渊海域高分子量有机质循环中的核心作用（图1）。同时发现编码角质酶、漆酶、木葡聚糖酶、gh23家族肽聚糖裂解酶和m23家族肽酶等基因具有较高的转录水平，表明复杂的浮游植物衍生多糖和微生物肽聚糖是深海微生物的关键营养和能量来源（图2）。此外，细胞特异性胞外降解酶的高活性及相关胞外降解酶基因的高转录丰度揭示了微生物在马里亚纳海沟深渊海域高压低温的极端环境下仍具有较强的生存能力。这些发现为深入理解马里亚纳海沟深海海域中微生物的营养来源、关键微生物类群及对高分子量有机质的降解至关重要的胞外降解酶提供了的新见解。
图1 马里亚纳海沟海域水体中微生物物种多样性分析
图2 不同层位海水样品中参与高分子量有机质降解利用的基因的种类和丰度
该论文由山东大学、中国海洋大学、英国华威大学等单位相关学者合作完成，该研究得到了中国国家自然科学基金、山东泰山学者计划、山东大学齐鲁青年学者基金等科研项目的支持。
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