海院科研动态（78）| 南海水合物区深部生物圈的碳源和能源获取模式研究取得重要进展

      在富含天然气水合物的海底沉积物中，上层水体沉降的有机质碎屑和水合物分解释放出的甲烷是维持深部黑暗生物圈（Light Independent Biosphere）十分重要的两种碳源和能源。然而，深部微生物究竟以何种代谢方式占主导尚不清晰。

      我院王江海教授研究团队以南海北部陆坡水合物区钻芯沉积物柱为研究对象，采用宏基因组和宏转录组技术，揭示了南海水合物区深部沉积物中不同氧化-还原带的微生物群落结构和碳矿化过程。物种组成分析结果显示，微生物群落结构在硫酸盐-甲烷氧化界面（SMI）上方和下方存在显著差异，即在SMI上方，细菌Chloroflexota丰度最高；在SMI下方，细菌Caldatribacteriota占主导；而Verrucomicrobiota、Bathyarchaeia和Hadarchaeota三种细菌则无明显差异。功能代谢和转录活性分析结果表明，生物大分子的发酵过程在维持深部微生物群落结构中起着关键作用。相比之下，代谢小分子有机物的硫酸盐还原细菌和产甲烷古菌则为稀有物种；烷烃厌氧氧化古菌也为低丰度类群。这些新发现共同表明，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获取能源的主要途径（见图1-2）。

图 1 南海水合物区深部沉积物中不同氧化-还原带的微生物群落结构及其碳矿化过程（1）

a：水合物区深部沉积物中单拷贝标记基因分析的多样性指数；

b: 基于16S mitags丰度构建的水合物区深部沉积物中的微生物群落组成；

c: 水合物区深部沉积物中微生物群落的b多样性；

图 2 南海水合物区深部沉积物中不同氧化-还原带的微生物群落结构及其碳矿化过程（2）

a：水合物区深部沉积物与发酵和硫酸盐还原相关的关键代谢基因的丰度；

b：水合物区深部沉积物中转录本的丰度。

      上述成果发表在中科院大类一区Top期刊《Microbiome》（IF2022 = 16.837）上（Zhang C#, Fang YX#, Yin X, Lai H, Kuang Z, Zhang T, Xu XP, Wegener G, Wang JH*, Dong X*, 2023. The majority of microorganisms in gas hydrate‑bearing subseafloor sediments ferment macromolecules, Microbiome, 11: 37）。论文共同第一作者为我院博士生章楚雯和广州海洋地质调查局方允鑫高级工程师，共同通讯作者为我院王江海教授及自然资源部第三海洋研究所董西洋研究员。

      以上研究得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金、广东省基础与应用基础研究重大项目、广州市科技计划项目等经费资助。

      原文链接：https://doi.org/10.1186/s40168-023-01482-5