挪开,蓝细菌!一项对地球表面海洋的大规模研究表明,在那里负责固定氮的微生物——以前被认为几乎完全是光合作用的蓝藻细菌——包括大量且分布广泛的非光合细菌种群。
这项国际研究本周发表在《自然微生物学》杂志上,由芝加哥大学海洋生物实验室的A. Murat Eren (Meren)和伍兹霍尔大学的Tom O. Delmont领导。
固氮是一个重要的生态过程,在此过程中,大气中的氮转化为氨,使氮成为生物体的“生物可利用性”,作为DNA、RNA和蛋白质的基本组成部分。
“能够固定氮或碳的微生物是许多环境中微生物群落生态学的核心,包括表层海洋,”德尔蒙特说。“在我们的研究之前,人们认为负责固定碳的海洋微生物也主要负责固定氮。事实证明并非如此简单。”
MBL研究主管戴维•马克•韦尔奇(David Mark Welch)表示:“微生物固氮的能力对所有生命都至关重要。”“这项研究提供了第一个基因组证据,证明海洋表面的非光合细菌可以进行这些反应,从而扩展了我们对固氮生物多样性的理解。”
使用anvi魄、先进的开源分析基因组生物信息学平台(DNA序列,代表所有的池中的微生物有机体的环境),团队透露见解前所未知的海洋微生物具有固氮能力隶属于变形菌门以及Planctomycetes普遍细菌门以前从未与固氮。
这些新描述的微生物种群分布广泛,在太平洋中尤其丰富,它们平均每升海水中有70万个细胞,每升海水中有多达300万个细胞——这比之前在公海中对非蓝藻固氮剂的估计高出一个数量级。
Delmont和他的同事利用塔拉海洋考察队2009年至2013年的数据,从300多亿个短元基因组序列中重建了大约1000个微生物基因组。在这1000个基因组中,有9个含有固氮所需的6个基因,但缺乏光合作用所需的基因。这是第一个非光合微生物基因组数据库居住在开放的海洋和能够固定氮。
由于该团队在研究中重建并使用了近乎完整的基因组(而不是使用单一的标记基因进行固氮),他们可以解决这些固氮种群的分类关系。他们还可以调查它们在样本来源的海洋(大西洋、太平洋、印度洋和南部海洋以及地中海和红海)的丰富程度和分布模式。
德尔蒙特说:“我们现在可以利用这些种群基因组来指导实验室从公海培养固氮普朗克菌和变形杆菌。”“这将帮助我们了解它们固定氮的条件,它们功能生活方式的复杂性,以及它们生态的其他方面,我们无法仅通过观察它们的基因组、基因和推断出的功能来理解它们。”
Meren和Delmont于2015年在芝加哥大学Lillie创新奖的支持下,在海洋生物实验室开始了这项研究。Meren和他的团队继续开发anvi ‘o,这是一个开源软件平台,用于通过复杂的环境测序数据调查微生物的生态和进化。
除了铁锹戳,Meren和海棠,其他合作者在这项研究包括阿龙Shaiber, Ozcan c .女猎手和桑尼·t·m·李芝加哥大学的Michael s . Mānoa灵巧的夏威夷大学的,大学密尔沃基分校的桑德拉·l·McLellan和塞巴斯蒂安吕克尔内梅亨大学,荷兰。
引文:Delmont, T.O.等(2018)“表面海洋元基因组中普朗克菌和变形杆菌的固氮种群丰富。《自然微生物学》,doi: 10.1038/s41564-018-0176-9。