海院科研动态（99）| 河口生态系统微生物盐度适应机制研究取得新进展

        近日，我院海洋生态学研究团队在河口微生物盐度适应机制研究领域取得新进展。该成果聚焦珠江口这一典型的短滞留时间的河口环境，采用宏基因组学和机器学习分析方法，探索了该区域微生物群落的盐度适应性新机制。

        盐度是塑造微生物群落组成和功能的最重要的环境因素之一。现有研究基于纯培养的微生物学研究揭示，微生物可以通过“salt-in”策略（选择性摄取无机离子）和“salt-out”策略（生物合成或外界转运相容性溶质）来维持细胞渗透压平衡，从而抵御环境盐度的胁迫。然而，自然环境下的微生物群落的盐度适应特征仍知之甚少。

        本研究团队利用宏基因分箱技术，获得了珠江口及其与南中国海北部水体样本中127种微生物的基因组，其中，变形菌门（Proteobacteria）和放线菌门（Actinobacteriota）表现为优势微生物类群（图1）。

图1 珠江口盐度梯度上微生物群落的组成和功能特征

        本研究团队进一步针对127个微生物基因组的12162功能基因，开展了基于机器学习的特征选择分析，筛选出的40个特征基因中，有四个为“salt-in”盐度适应性相关的功能基因（图2），且钾离子转运系统（Trk型）被识别为最重要的特征功能基因，其在群落整体、微生物基因组以及主导类群Proteobacteria（变形菌门）和Actinobacteriota（放线菌门）中都表现出随着盐度条件的升高而相对丰度显著增加的趋势，表明“salt-in”策略在河口微生物群落的盐度适应性演化过程中，发挥着重要作用。

图2  Boruta算法筛选特征基因以及盐度适应相关基因在基因组中分布

        本研究不仅强调了盐度对栖息在河口生态系统中的微生物群落分类和功能特征的影响，而且揭示了微生物群落采用的多样化的盐度适应策略。这一成果深化了对河口微生物在自然盐度梯度下适应机制的理解，在微生物群落角度将在纯培养微生物研究中所得的盐度适应策略推广到自然生态系统之中。此外，这些发现对预测全球气候变化下微生物群落的动态变化也具有积极意义。

        上述研究成果以近日发表在中科院大类一区Top期刊Microbiome（IF=15.5）“Wu Ziheng, Li Minchun, Qu Liping, Zhang Chuanlun and Xie Wei. Metagenomic insights into microbial adaptation to the salinity gradient of a typical short residence-time estuary.2024(12)”。我院2023届本科毕业生吴梓恒为论文第一作者，我院谢伟教授为论文通讯作者，其他作者还包括我院博士研究生李敏纯、曲立平。

        原文链接：https://microbiomejournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s40168-024-01817-w