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《自然资源部第一海洋研究所在斑海豹微生物生态学方面取得新进展》

  • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者： 熊萍
  • 发布时间：2025-04-15

  • 近日，自然资源部第一海洋研究所海洋生物多样性与生态安全团队在微生物生态学研究领域取得重要进展，揭示了斑海豹粪团微生物的年龄特异性特征。该研究采取非侵入式采集国家一级保护动物斑海豹被救助个体的粪团，以年龄依赖性菌群功能差异为切入点，系统分析了成体与亚成体粪团微生物物种多样性与代谢通路差异。

    研究结果以“Distinct Fecal Microbiome Communities and Functional Predictions in Spotted Seals: Age-Dependent and Dietary Transformations”为题，发表于国际核心期刊《Marine Mammal Science》。博士生董悦为第一作者，张学雷研究员和徐勤增副研究员为通讯作者。

    海洋哺乳动物的消化道微生物在营养代谢、环境适应及免疫防御中扮演重要角色，其随宿主年龄和摄食习性转变的动态变化规律尚未被充分阐明。本研究基于16S rRNA测序技术，系统剖析了被救助后暂养的斑海豹粪团微生物组成的年龄特异性特征。研究结果表明，斑海豹成体粪团微生物组成的多样性与网络复杂性明显高于亚成体，以厚壁菌门（Firmicutes）为主导菌群，核心菌属如Clostridium sensu stricto 1和UCG-005支持蛋白质合成过程，这一特征与成体斑海豹高脂鱼类的摄食习性高度适应。亚成体粪团微生物则显著富集了碳水化合物代谢通路（如戊糖磷酸途径）和转运体通路，反映了斑海豹早期发育阶段对高能量的特殊需求。研究还发现，这些核心菌群在生物资源开发方面展现出一定潜力。

    近年来，自然资源部第一海洋研究所海洋生物多样性与生态安全团队围绕海洋生物“消化道内环境微生物生态学与生物资源挖掘”为题开展了系列研究，相继发表了多项研究成果，包括上述斑海豹肠道内含物微生物生态学（Marine Mammal Science, 2025）、西南印度洋神盾螺食道腺微生物转换特征（Microbiology Spectrum，2024）、西北太平洋广布性性蛇尾胃含微生物差异分析（Microbiology Spectrum，2023）以及黄海不同食性蛇尾胃含微生物研究（Frontiers in Microbiology，2021）等成果。团队还发现了多个疑似微生物新种与功能基因，在海洋环境修复、有机物降解、工业酶制剂开发等领域展现出重要的开发前景。

    相关成果链接：

    Dong, Y., Sun, Y., Xu, Q., Zang, Y., Yang, Z., Yu, G., Wu, Z., Xiao, H., Zhang, X., 2025. Distinct Fecal Microbiome Communities and Functional Predictions in Spotted Seals: Age-Dependent and Dietary Transformations. Marine Mammal Science, p.e70008. https://doi.org/10.1111/mms.70008  

    Mou, A., Li, X., Li, Z., Qu, L., Dong, Y., Wang, Z., Zhang, X., Xu, Q., 2025. Comparative analysis of esophageal gland microbes between two body sizes of Gigantopelta aegis, a hydrothermal snail from the Southwest Indian Ridge. Microbiology Spectrum, pp. e02959-24. https://doi.org/10.1128/spectrum.02959-24

    Dong, Y., Li, Y., Ge, M., Takatsu, T., Wang, Z., Zhang, X., Ding, D., Xu, Q., 2023. Distinct gut microbial communities and functional predictions in divergent ophiuroid species: host differentiation, ecological niches, and adaptation to cold-water habitats. Microbiology Spectrum, 11(6), pp. e02073-23. https://doi.org/10.1128/spectrum.02073-23

    Dong, Y., Li, Y., He, P., Wang, Z., Fan, S., Zhang, Z., Zhang, X., Xu, Q., 2021. Gut microbial composition and diversity in four ophiuroid species: divergence between suspension feeder and scavenger and their symbiotic microbes. Frontiers in Microbiology, 12, p.645070. https://doi.org/10.3389/fmicb.2021.645070






  • 原文来源：https://www.fio.org.cn/science/xshd-detail-13561.htm
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  • 《自然资源部第三海洋研究所在深海冷泉微生物生态与进化方面取得重要进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2023-03-18
    • 深海冷泉由以甲烷等为主要成分的流体通过海底断层或裂隙等特定运移通道从沉积物层喷涌或渗漏而形成，通常可指示天然气水合物藏（可燃冰）的存在。作为研究地球深部生物圈的窗口，深海冷泉孕育了独特的生物群落与生态系统。微生物驱动着冷泉生态系统的碳、氮、硫等元素循环过程，对全球气候变化、极端生境的生命演化和可燃冰勘探等具有重要意义。近期，我所董西洋课题组在深海冷泉微生物生态与进化方面取得两项新进展。 进展1 冷泉沉积物微生物种群的进化生态学 深海冷泉沉积物中有丰富多样的细菌和古菌，对生物地球化学循环有重大影响。虽然大量的研究已揭示了冷泉微生物群落的结构和功能，但对其微观多样性（即种群内遗传变异）仍知之甚少。对冷泉沉积物中的好氧甲烷氧化细菌（MOB）、厌氧甲烷氧化古菌（ANME）和硫酸盐还原细菌（SRB）进行微观多样性分析，发现它们在基因组水平上有着不同的进化轨迹，但普遍具有低同源重组率并受到较强的纯化选择。甲烷（pmoA和mcrA）和硫酸盐（dsrA）代谢相关的功能基因在这些微生物中多处于强烈的纯化选择状态。这些基因在不同类群中的进化轨迹有所不同，但在不同的位点上其功能是保守的。MOB、ANME和SRB的基因组及mcrA和dsrA基因的微观多样性具有深度依赖性，在不同位点的沉积物柱氧化还原带中受到不同的选择压力。这些结果强调了深海冷泉极端环境中生态过程与关键细菌和古菌进化之间的相互作用，为海底生物圈中的微生物适应机制提供了线索。 上述研究成果以题为“Evolutionary ecology of microbial populations inhabiting deep sea sediments associated with cold seeps”，在线发表于国际知名学术期刊《Nature Communication》（中国科学院一区TOP期刊，IF=17.69）。董西洋研究员及硕士研究生彭用一为本文第一作者，董西洋研究员和邵宗泽研究员为本文通讯作者。论文链接为：https://www.nature.com/articles/s41467-023-36877-3 进展2 水合物区深部生物圈的碳源和能源获取模式 富含天然气水合物的深海冷泉沉积物中栖息着大量的微生物。在这些沉积物中，上层水体沉降的有机碎屑和水合物分解出的甲烷是深部微生物赖以生存的碳源和能源。然而，哪种代谢方式占据主导地位仍不清晰。以来自南海北部陆坡水合物区钻探柱（最深达海底以下49米）中的微生物为研究对象，通过聚焦不同的氧化还原带，利用宏基因组和宏转录组描述了深部微生物的群落结构和碳矿化过程。微生物群落结构的比较分析发现其在硫酸盐-甲烷氧化界面（SMI）、SMI上方和SMI下方的样品中具有显著差异。在SMI上方，Chloroflexota丰度最高；在SMI下方，Caldatribacteriota占据主导地位。Verrucomicrobiota、Bathyarchaeia和Hadarchaeota在两种类型的沉积物中无明显差别。功能代谢和转录活性分析表明生物大分子的发酵起到关键作用。相比之下，代谢小分子物质的硫酸盐还原细菌和产甲烷古菌则属于稀有物种。烷烃厌氧氧化古菌也为低丰度类群。这些结果表明，在经历甲烷渗漏的深部沉积物中，生物大分子的发酵作用是深部微生物的主要获能途径。 上述研究成果以题为“The majority of microorganisms in gas hydrate-bearing subseafloor sediments ferment macromolecules”，在线发表于国际知名学术期刊《Microbiome》（中国科学院一区TOP期刊，IF=16.837）。章楚雯博士后和广州海洋地质调查局方允鑫博士为本文第一作者，董西洋研究员和中山大学海洋科学学院王江海教授为本文通讯作者。论文链接为：https://doi.org/10.1186/s40168-023-01482-5
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  • 《自然资源部第一海洋研究所在南极烃降解微生物研究方面取得新进展》
    • 来源专题：中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者：liguiju
    • 发布时间：2023-04-25
    • 近日，自然资源部第一海洋研究所资环中心海洋生态损害鉴定与修复研究团队在南极环烷烃降解菌资源及降解途径研究上取得新进展。研究结果以“Degradation potential and pathways of methylcyclohexane by bacteria derived from Antarctic surface water”为题发表于国际知名学术期刊《Chemosphere》（2021 IF = 8.943，2区TOP）。 环烷烃是石油中的三大组分之一，对水生动物具有明显的毒害作用。然而，有关烃类降解的研究绝大多数聚焦于烷烃和芳香烃组分，而降解环烷烃的关键微生物、代谢途径等尚知之甚少。本研究团队曾报道了环烷烃的生物降解可能主要发生在中国边缘海较冷的海水环境（10–20°C），底层冷水生境中嗜冷的、未培养的微生物新类群是环烷烃降解的主要驱动者（https://www.fio.org.cn/news/news-detail-10218.htm）。作为典型低温生境的南极是否蕴藏着类似的环烷烃降解微生物资源是值得探索的下一个科学问题。因此，开展该项研究对于探索南极海洋环境土著微生物资源的环烷烃降解潜力、途径和机制具有重要科学意义和潜在应用价值。 针对上述科学问题，本研究团队在南极表层水（Antarctic surface water）中富集获得了降解甲基环己烷（methylcyclohexane，MCH）的土著微生物群落。在相同环境条件下，南极MCH降解菌富集培养物的勃发时间（79±23d）显著长于中国近海低温生境MCH降解菌富集培养物的勃发时间（15±3d），说明南极土著微生物的生长较为缓慢。微生物多样性分析结果进一步证实了与其它低温生境相比，南极具有较为独特的MCH降解微生物群落结构。通过极限稀释法、宏基因组测序分析等免培养技），发现了南极MCH降解微生物群落的关键种分别是科尔韦尔氏菌（Colwellia）、玫瑰变色菌（Roseovarius）。最为有趣的是，南极MCH降解菌群第一优势种科尔韦尔氏菌的基因组中并未注释到MCH降解关键酶基因。相反，南极MCH降解群优势种玫瑰变色菌的基因组中注释到大多数MCH降解关键酶基因。在关键种玫瑰变色菌基因组中首次同时发现了两条共存的、接近完整的MCH降解途径（己内酯途径和芳香化途径）。 本研究揭示了南极微生物通过复杂的物种互作和代谢分工实现对难降解有机污染物的分解机制，为保护南极生态环境提供了重要生物资源和技术储备。自然资源部第一海洋研究所2020级研究生李颖超为论文第一作者，崔志松副研究员和中国科学院苏州生物医学工程技术研究所宋一之研究员为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金面上项目等课题的支持。 链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0045653523009141?via%3Dihub https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.138647
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