:Isme.J:基因测序揭示北极海水微生物群体结构

上一篇 / 下一篇  2011-08-26 23:06:14

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华盛顿大学的研究人员利用454测序平台对16S RNA基因进行测序,揭示出北极多年海冰和表层海水的微生物群体结构。这一研究成果近日发表在微生物生态学权威杂志《国际微生物生态学会会刊》(The ISME Journal)上。

北极多年海冰(MYI)的急剧减少表明这种环境可能在100年后就会消失,取而代之的将是生态上完全不同的第一年冰(first-year ice)。为了更好地了解这种微生物多样性丧失的影响,华盛顿大学海洋与天文生物学学院的Jeff S Bowman领导的研究小组利用454测序平台,对北极附近的两处多年海冰的微生物群落进行了详细的研究。

在瑞典破冰船奥登号在北冰洋上航行期间,研究人员在北冰洋中部采集了两个多年海冰和三个海水样本。在提取和纯化之后,他们利用通用引物对16S rRNA基因进行了扩增。之后在454 GS FLX平台上对扩增后的DNA进行了测序,平均读长约200 bp。

研究人员将多年海冰与周围的表面海水进行了比较,发现两者有着很大的差异。在30个可鉴定的目中,只有10个存在于两种环境中。令人吃惊的是,尽管多年海冰的微生物群落丰富度有所下降,但多样性与海水相当。蓝藻这种微生物也是第一次在北极海冰中观察到。此外,一些过去未曾报道的低丰度进化枝也存在于海冰中。

研究人员假设,这种高水平的多样性可能是因为多年海冰营养物环境的“繁荣-萧条”,初级生产、盐水排水等提供了微生物生长所需营养物的强烈季节性变化。此外,多年海冰环境的持久也在本次研究中,研究人员使用了“中等深度”的测序,每个样品只产生了数千个读取。这种方法仅需要测序运行的一小部分,却能定量评估海冰中的微生物群落结构。

海洋中存在着丰富的微生物,但是研究手段的限制成为当代环境微生物学研究和海洋资源开发的障碍。

几年前,哈佛大学的研究人员也采用454测序法检测了深海中微生物多样性。研究结果表明,北大西洋海底和热泉中的微生物比以前报道环境中的数量要高1-2个数量级,且比后者要复杂的多。这些原始的微生物为新的基因组数据更新提供了无穷的资源。

推荐原文出处:

The ISME Journal  doi:10.1038/ismej.2011.76

Microbial community structure of Arctic multiyear sea ice and surface seawater by 454 sequencing of the 16S RNA gene

Jeff S Bowman, Simon Rasmussen, Nikolaj Blom, Jody W Deming, S|[oslash]|ren Rysgaard, Thomas Sicheritz-Ponten

Dramatic decreases in the extent of Arctic multiyear ice (MYI) suggest this environment may disappear as early as 2100, replaced by ecologically different first-year ice. To better understand the implications of this loss on microbial biodiversity, we undertook a detailed census of the microbial community in MYI at two sites near the geographic North Pole using parallel tag sequencing of the 16S rRNA gene. Although the composition of the MYI microbial community has been characterized by previous studies, microbial community structure has not been. Although richness was lower in MYI than in underlying surface water, we found diversity to be comparable using the Simpson and Shannon's indices (for Simpson t=0.65, P=0.56; for Shannon t=0.25, P=0.84 for a Student's t-test of mean values). Cyanobacteria, comprising 6.8% of reads obtained from MYI, were observed for the first time in Arctic sea ice. In addition, several low-abundance clades not previously reported in sea ice were present, including the phylum TM7 and the classes Spartobacteria and Opitutae. Members of Coraliomargarita, a recently described genus of the class Opitutae, were present in sufficient numbers to suggest niche occupation within MYI.


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