2019年,开年文章重磅出击~
2019.02.12

节后第二天,假期综合征还困扰着很多小伙伴,小编也在苦苦挣扎中。但今天小编收到了一个喜讯,瞬间精神振奋。安诺优达联合南海水产研究所李俊伟博士科研团队开展的微生物多样性最新研究成果“Bioturbation of peanut worms Sipunculus nudus on the composition of prokaryotic communities in a tidal flat as revealed by 16S rRNA gene sequences”见刊于MicrobiologyOpen(IF=2.682),科研工作者们棒棒哒。


本研究为了解光裸方格星虫Sipunculus nudus,俗称:沙虫)对潮滩原核生物群落组成的影响,采用高通量测序技术对潮滩方格星虫增养殖区域洞穴沉积物、洞穴周围沉积物以及无方格星虫增养殖区域的沉积物进行了16S rRNA基因序列测序,发现光裸方格星虫生物扰动对潮间带地区细菌群落组成的重塑具有重要作用。


对于生活在中部地区的小编来说,看到这篇文章的时候是一脸懵的,满脸写满了“what?”,毕竟连“沙虫”都没听说过,该如何理解这种学名为“光裸方格星虫”对其生活环境的原核生物群落组成的影响呢?今天,小编就带着这满脑门的疑惑跟好奇心害死猫的各位来一起长长见识吧~


简单科普一下

光裸方格星虫(Sipunculus nudus Linnaeus),是一种海生的非分段蠕虫状动物,在一个单独的门,星虫动物门。隶属于方格星虫纲“Sipunculidea”,方格星虫目“Sipunculiformes”,方格星虫科“Sipunculidae”,方格星虫属“Sipunculus”,俗称沙虫,体呈长圆形,形状略似蚯蚓,体长12~25cm,分布于热带和亚热带海域,是一类海洋底栖生物(底栖生物:指生活在江河湖海底部的动植物)。令小编这枚吃货最感兴趣的是据说这东西竟是一道美味的海鲜,蒜蓉清蒸、煮汤或粥均可~ 不禁让小编产生了无限的想象(标准吃货一枚,鉴定无误!哈哈~)。


当然,我们研究它并不仅仅因为它的美味,更重要的是因为其生长在沿海滩涂,对生长环境的质量十分敏感,一旦污染则不能成活,因而有“环境标志生物”之称。那么光裸方格星虫这一底栖动物跟潮滩生态环境又有什么直接或者间接关系?


说正事专用

底栖动物直接或间接与潮滩的大多数物理、地质和生物等过程有关。其中,底栖动物对底质沉积物的生物扰动作用是非常重要的。底栖动物的筑穴、爬行、觅食、避敌、排泄等活动都能影响沉积物结构和化学特征。海洋沉积物的化学特性,如有机物含量、盐度、氧气、氮和磷,会影响细菌群落的组成和分布。


在20~50 cm的深度内,光裸方格星虫将自己埋入沙质基质中,它们可以将有机物从表面迁移到沉积物中下层,并影响沉积物中的微生物分布,而微生物生长代谢又会影响到潮滩沉积物有机质的分解、转化等过程。迄今,在潮间带的细菌群落组成和生物地球化学周期的重塑中,S. nudus的生态作用尚不清楚。因此,本文主要研究的就是S. nudus对潮滩原核生物群落组成的影响,建立原核生物群落与潮间带生态系统理化指标的关系。


研究对象

研究区位于北部湾东部滩涂方格星虫养殖区(见图1),位于中、低潮带(低潮期小于6小时)。取样时就洞穴沉积物、非洞穴沉积物和无S.nudus扰动的沉积物平行取样3组。其中,洞穴沉积物、非洞穴沉积物取样时分别取深度位于0~10cm10~20cm20~30cm 和30~40cm的沉积物,而对照组不做区分(0-40cm)。冷冻保存用于理化分析和16S rRNA基因序列测序。


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图1 S.nudus样本采集地[1]


研究方式

1)理化性质研究:粒度组成、水分、有机质、含沙量和氧化还原电位(ORP)等。

2)16S rRNA测序:V3+V4区域测序,MiSeq PE250测序策略。


研究结果

利用16S的rRNA基因Illumina MiSeq测序,研究了沙质潮滩的微生物群落及其对S.nudus生物扰动的反应。通过Alpha多样性分析显示9种沉积物样品的物种丰富度和细菌多样性均较高,且呈缓慢下降趋势(见图2)。


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图2 样本中OTU排序的相对丰度[1]


样本中共检测到18种细菌门细菌,其中变形菌门(Proteobacteria)和蓝菌门(Cyanobacteria)是原核生物群落的主要组成部分(见图3)。


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图3 样本中门水平和纲水平的细菌分类[1]


各属的相对丰度分布情况表明,样本中约有6.99%至17%的reads被分类为25个已知属(见图4)。硫酸盐还原菌(Sulfate-ReducingBacteria,简称SRB,包含脱硫球菌属和脱硫弧菌属)是最丰富的分类群,其次是热脱硫菌科LCP-6,表明硫酸盐还原是沙质潮滩的主要过程。非洞穴沉积物中的硫化球菌、LCP-6和蓝藻的丰度大于洞穴沉积物中的含量,表明当无S.nudus的活动时,缺氧条件更适合硫化球菌和LCP-6,蓝藻生物量由于S.nudus的摄食扰动而减少。


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图4 样本中科属水平的细菌分类[1]


同时,洞穴沉积物中的拟杆菌门藤黄单胞菌属菌的相对丰度明显大于非洞穴沉积物中的丰度,这与方格星虫生物扰动提高了洞穴沉积物中含氧量和氧化还原电位具有密切关系。中层(20~30cm)的硫化球菌和LCP-6含量大于非洞穴沉积层的上层。洞穴沉积物的中、底层(20~3030~40cm)硫化球菌和LCP-6丰度高于上层(0~10、10~20cm)。在洞穴沉积物的中、底层(20~30cm、30~40cm)丙酸杆菌属和螺旋体属菌的丰度也大于顶部层(0~10、10~20cm),但在非洞穴沉积物中并没有发现这种现象。


本研究表明,细菌的群落组成会受到S.nudus从表面到底层的生物扰动的影响。在北部湾沙质潮滩的原核生物群落中,蓝藻和变形菌占大多数。方格星虫洞穴周围沉积物中的脱硫球菌属和硝化螺旋菌门中的LCP-6的丰度高于方格星虫洞穴内,表明方格星虫洞穴周围的沉积物(低溶解氧)更适合硫化还原细菌的生长。方格星虫的洞穴垂直、细窄,运动平缓和内部摄食排泄等因素是造成洞穴内部和周围沉积物细菌群落差异的主要原因。方格星虫的摄食扰动降低了其洞穴表层沉积物中的蓝藻含量。方格星虫洞穴内拟杆菌门中的藤黄色单胞菌属的丰度高于洞穴周围沉积物和非增养殖区,分析其原因是方格星虫生物扰动增加了洞穴管道中的氧气交换、氧化还原电位值,有利于这种需氧菌属的生长繁殖,而方格星虫生物扰动增加了沉积物透水性,则是厌氧细菌丰度下降的主要原因。


在沙质潮滩中,SRB是主要的群体,而在20~30 cm深度的洞穴和周围沉积物中,脱硫球菌和硝化螺旋菌的含量差异较大,深层缺氧条件和丰富的有机物可能是造成洞穴内壁和洞穴周围沉积物中硫酸还原菌群差异的主要原因,尤其是LCP-6。硫酸盐还原菌会造成硫化物积累,而导致S.nudus的缓慢生长或不适,也是造成方格星虫不断迁移、不断筑穴的主要原因,从而在洞穴周围营造了适合硫酸盐还原菌生长的环境。S.nudus的生物扰动对潮滩地区细菌群落组成的重塑具有重要作用。


怎么样,看到这里是不是感慨起底栖动物与潮滩环境形成的生命共同体的奇妙和美丽?同时,我们也不得不感慨的是采用16S rRNA这一简单的高通量测序技术就可以进行如此丰富的分析,并逐步建立起原核生物群落与潮间带生态系统理化指标之间的关系。心动如你,赶紧一起来尝试更多地高通量测序技术在微生物研究中的应用吧~ 


参考文献

[1] Li JW, Hu RP, Guo YJ, et al. Bioturbation of peanut worms Sipunculus nudus on the composition of prokaryotic communities in a tidal flat as revealed by 16S rRNA gene sequences[J]. MicrobiologyOpen, 2019.



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