2019年,開年文章重磅出擊~
2019.02.12

節后第二天,假期綜合征還困擾著很多小伙伴,小編也在苦苦掙扎中。但今天小編收到了一個喜訊,瞬間精神振奮。安諾優達聯合南海水產研究所李俊偉博士科研團隊開展的微生物多樣性最新研究成果“Bioturbation of peanut worms Sipunculus nudus on the composition of prokaryotic communities in a tidal flat as revealed by 16S rRNA gene sequences”見刊于MicrobiologyOpen(IF=2.682),科研工作者們棒棒噠。


本研究為了解光裸方格星蟲Sipunculus nudus,俗稱:沙蟲)對潮灘原核生物群落組成的影響,采用高通量測序技術對潮灘方格星蟲增養殖區域洞穴沉積物、洞穴周圍沉積物以及無方格星蟲增養殖區域的沉積物進行了16S rRNA基因序列測序,發現光裸方格星蟲生物擾動對潮間帶地區細菌群落組成的重塑具有重要作用。


對于生活在中部地區的小編來說,看到這篇文章的時候是一臉懵的,滿臉寫滿了“what?”,畢竟連“沙蟲”都沒聽說過,該如何理解這種學名為“光裸方格星蟲”對其生活環境的原核生物群落組成的影響呢?今天,小編就帶著這滿腦門的疑惑跟好奇心害死貓的各位來一起長長見識吧~


簡單科普一下

光裸方格星蟲(Sipunculus nudus Linnaeus),是一種海生的非分段蠕蟲狀動物,在一個單獨的門,星蟲動物門。隸屬于方格星蟲綱“Sipunculidea”,方格星蟲目“Sipunculiformes”,方格星蟲科“Sipunculidae”,方格星蟲屬“Sipunculus”,俗稱沙蟲,體呈長圓形,形狀略似蚯蚓,體長12~25cm,分布于熱帶和亞熱帶海域,是一類海洋底棲生物(底棲生物:指生活在江河湖海底部的動植物)。令小編這枚吃貨最感興趣的是據說這東西竟是一道美味的海鮮,蒜蓉清蒸、煮湯或粥均可~ 不禁讓小編產生了無限的想象(標準吃貨一枚,鑒定無誤!哈哈~)。


當然,我們研究它并不僅僅因為它的美味,更重要的是因為其生長在沿海灘涂,對生長環境的質量十分敏感,一旦污染則不能成活,因而有“環境標志生物”之稱。那么光裸方格星蟲這一底棲動物跟潮灘生態環境又有什么直接或者間接關系?


說正事專用

底棲動物直接或間接與潮灘的大多數物理、地質和生物等過程有關。其中,底棲動物對底質沉積物的生物擾動作用是非常重要的。底棲動物的筑穴、爬行、覓食、避敵、排泄等活動都能影響沉積物結構和化學特征。海洋沉積物的化學特性,如有機物含量、鹽度、氧氣、氮和磷,會影響細菌群落的組成和分布。


在20~50 cm的深度內,光裸方格星蟲將自己埋入沙質基質中,它們可以將有機物從表面遷移到沉積物中下層,并影響沉積物中的微生物分布,而微生物生長代謝又會影響到潮灘沉積物有機質的分解、轉化等過程。迄今,在潮間帶的細菌群落組成和生物地球化學周期的重塑中,S. nudus的生態作用尚不清楚。因此,本文主要研究的就是S. nudus對潮灘原核生物群落組成的影響,建立原核生物群落與潮間帶生態系統理化指標的關系。


研究對象

研究區位于北部灣東部灘涂方格星蟲養殖區(見圖1),位于中、低潮帶(低潮期小于6小時)。取樣時就洞穴沉積物、非洞穴沉積物和無S.nudus擾動的沉積物平行取樣3組。其中,洞穴沉積物、非洞穴沉積物取樣時分別取深度位于0~10cm10~20cm20~30cm 和30~40cm的沉積物,而對照組不做區分(0-40cm)。冷凍保存用于理化分析和16S rRNA基因序列測序。


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圖1 S.nudus樣本采集地[1]


研究方式

1)理化性質研究:粒度組成、水分、有機質、含沙量和氧化還原電位(ORP)等。

2)16S rRNA測序:V3+V4區域測序,MiSeq PE250測序策略。


研究結果

利用16S的rRNA基因Illumina MiSeq測序,研究了沙質潮灘的微生物群落及其對S.nudus生物擾動的反應。通過Alpha多樣性分析顯示9種沉積物樣品的物種豐富度和細菌多樣性均較高,且呈緩慢下降趨勢(見圖2)。


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圖2 樣本中OTU排序的相對豐度[1]


樣本中共檢測到18種細菌門細菌,其中變形菌門(Proteobacteria)和藍菌門(Cyanobacteria)是原核生物群落的主要組成部分(見圖3)。


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圖3 樣本中門水平和綱水平的細菌分類[1]


各屬的相對豐度分布情況表明,樣本中約有6.99%至17%的reads被分類為25個已知屬(見圖4)。硫酸鹽還原菌(Sulfate-ReducingBacteria,簡稱SRB,包含脫硫球菌屬和脫硫弧菌屬)是最豐富的分類群,其次是熱脫硫菌科LCP-6,表明硫酸鹽還原是沙質潮灘的主要過程。非洞穴沉積物中的硫化球菌、LCP-6和藍藻的豐度大于洞穴沉積物中的含量,表明當無S.nudus的活動時,缺氧條件更適合硫化球菌和LCP-6,藍藻生物量由于S.nudus的攝食擾動而減少。


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圖4 樣本中科屬水平的細菌分類[1]


同時,洞穴沉積物中的擬桿菌門藤黃單胞菌屬菌的相對豐度明顯大于非洞穴沉積物中的豐度,這與方格星蟲生物擾動提高了洞穴沉積物中含氧量和氧化還原電位具有密切關系。中層(20~30cm)的硫化球菌和LCP-6含量大于非洞穴沉積層的上層。洞穴沉積物的中、底層(20~3030~40cm)硫化球菌和LCP-6豐度高于上層(0~10、10~20cm)。在洞穴沉積物的中、底層(20~30cm、30~40cm)丙酸桿菌屬和螺旋體屬菌的豐度也大于頂部層(0~10、10~20cm),但在非洞穴沉積物中并沒有發現這種現象。


本研究表明,細菌的群落組成會受到S.nudus從表面到底層的生物擾動的影響。在北部灣沙質潮灘的原核生物群落中,藍藻和變形菌占大多數。方格星蟲洞穴周圍沉積物中的脫硫球菌屬和硝化螺旋菌門中的LCP-6的豐度高于方格星蟲洞穴內,表明方格星蟲洞穴周圍的沉積物(低溶解氧)更適合硫化還原細菌的生長。方格星蟲的洞穴垂直、細窄,運動平緩和內部攝食排泄等因素是造成洞穴內部和周圍沉積物細菌群落差異的主要原因。方格星蟲的攝食擾動降低了其洞穴表層沉積物中的藍藻含量。方格星蟲洞穴內擬桿菌門中的藤黃色單胞菌屬的豐度高于洞穴周圍沉積物和非增養殖區,分析其原因是方格星蟲生物擾動增加了洞穴管道中的氧氣交換、氧化還原電位值,有利于這種需氧菌屬的生長繁殖,而方格星蟲生物擾動增加了沉積物透水性,則是厭氧細菌豐度下降的主要原因。


在沙質潮灘中,SRB是主要的群體,而在20~30 cm深度的洞穴和周圍沉積物中,脫硫球菌和硝化螺旋菌的含量差異較大,深層缺氧條件和豐富的有機物可能是造成洞穴內壁和洞穴周圍沉積物中硫酸還原菌群差異的主要原因,尤其是LCP-6。硫酸鹽還原菌會造成硫化物積累,而導致S.nudus的緩慢生長或不適,也是造成方格星蟲不斷遷移、不斷筑穴的主要原因,從而在洞穴周圍營造了適合硫酸鹽還原菌生長的環境。S.nudus的生物擾動對潮灘地區細菌群落組成的重塑具有重要作用。


怎么樣,看到這里是不是感慨起底棲動物與潮灘環境形成的生命共同體的奇妙和美麗?同時,我們也不得不感慨的是采用16S rRNA這一簡單的高通量測序技術就可以進行如此豐富的分析,并逐步建立起原核生物群落與潮間帶生態系統理化指標之間的關系。心動如你,趕緊一起來嘗試更多地高通量測序技術在微生物研究中的應用吧~ 


參考文獻

[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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