《自然资源部第三海洋研究所在特殊生境微生物资源开发利用研究中取得新进展》

  • 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:2020-08-21
  • 海洋特殊生境孕育了许多特殊的极端微生物,它们为了适应特殊的生存环境而在机体内演化形成了各种生理技能,合成了具有新颖功效的各种生物活性物质。

    最近,来自自然资源部海洋生物资源开发利用工程技术创新中心的徐长安教授级高工研究团队分别对来自缺氧海域(hypoxia sea water) 一株拟微小球藻和来自南极沉积物的一株希瓦氏菌开展了产业化应用研究,其中拟微小球藻对CO2的利用策略研究表明,将气体中的氧气去除可以大大提高其固碳能力4.8倍和油脂产量4.4倍。如果采取逐步递增CO2的策略,那么固碳能力和油脂产量可以进一步分别提高72%和25%,该研究新发现将为未来利用这株微藻吸收工业二氧化碳生产生物能源同时进行碳减排提供更有效的策略。而对南极希瓦氏菌胞外分泌的生物多糖(EPS)活性测试及应用评价所进行的研究显示,EPS注射对红罗非鱼血清中AKP、ACP、SOD、CAT、LZM等酶活性均有不同程度的提高,进而有效提升红罗非鱼血清非特异性免疫功能,室内养殖对比试验显示,实验组(EPS血清注射组)的成活率100%,表明该希瓦氏菌所产生的新颖EPS具有很强的生物活性,在水产养殖业的绿色、可持续发展中具有较大的应用潜力。

    以上研究工作分别以标题为“Influence of gas management on biochemical conversion of CO2 by microalgae for biofuel production”及“Characterisation and bioactivities of an exopolysaccharide from an Antarctic bacterium Shewanella frigidimarina W32-2”的报道于近期发表在国际能源与环境领域顶级期刊《Applied Energy》(中国科学院1区,top期刊,IF=8.848)及水产养殖领域顶级期刊《Aquaculture》(中国科学院1区,top期刊,IF=3.426)上。

    文章链接:https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2020.735760。

    https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.114420。

  • 原文来源:http://www.tio.org.cn/OWUP/html/kycg/20200818/1544.html
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    • 编译者:liguiju
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    • 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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    • 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