中国东海二甲基巯基丙酸内盐(DMSP)合成与降解菌的水平和垂直分布

【目的】二甲基巯基丙酸内盐(dimethylsulfoniopropionate,DMSP)及其裂解产物二甲基硫(dimethyl sulfide,DMS)在海洋硫循环中发挥重要作用。目前关于DMSP降解细菌的分布已有部分报道,但其合成细菌的研究才刚刚起步。本文拟研究中国东海水体DMSP合成与降解菌及基因的水平和垂直分布(1000m水深)差异,分析其对环境梯度变化的响应。【方法】利用流式细胞仪计数海水样品中微微型浮游生物的数量,通过荧光定量PCR和高通量测序手段定量测定DMSP合成基因(dsy B和mmt N)及物种、DMSP降解基因(ddd P和dmd A)及物种的丰度,分析其在东海海域水平及垂直方向上的分布差异。【结果】在垂直方向上,聚球藻、原绿球藻、微微型真核生物和异养细菌丰度随着水深的增加而先增后减,最大值位于30–50m附近。表层(4m左右)水体的DMSP合成及降解基因丰度最高,DMSP合成菌(如Alteromonas、Phaeobacter和Pelagibaca等)丰度也最高;随着水深增加,表层以下水体中DMSP合成及降解基因和物种丰度先增加后降低,峰值均出现在100–150 m;100 m以下,DMSP降解基因丰度迅速下降,而合成基因丰度下降程度较低,而且接近底层(500 m)时出现随水深逐渐增加的趋势。水平方向二者变化规律不明显。浅层水体(≤100 m)和深层水体(100 m)细菌群落结构存在显著差异,前者拥有较高比例的黄杆菌纲、放线菌纲和蓝细菌纲细菌,后者α变形菌纲细菌丰度较高。【结论】100m及以浅和100m以深的浮游细菌群落结构存在显著差异。表层水体中DMSP合成和降解细菌的丰度最高,100–150 m水体次之,但100–1022 m介导的DMSP合成和降解细菌丰度的变化趋势有较大差别。     

氮磷营养盐添加对二甲基巯基丙酸内盐合成与降解细菌及其功能基因的影响

【目的】二甲基巯基丙酸内盐(dimethylsulfoniopropionate,DMSP)是海洋中主要的有机硫化物之一,是海洋细菌硫的主要来源,海洋细菌将其分解成"冷室气体"二甲基硫(dimethylsulfide,DMS),对调节全球气候变化和驱动地球硫循环有重要作用。本研究通过中国东海水体的现场围隔实验模拟海水富营养化对DMSP、DMS产量以及DMSP合成基因(dsyB和mmtN)和降解基因(dddP和dmdA)及相关功能细菌的影响。【方法】通过流式细胞仪计数92个围隔海水样品中微微型浮游生物的数量,采用Illumina MiSeq测序技术对海水样品中细菌的16S rRNA基因进行高通量测序,利用荧光定量PCR技术定量测定16S rRNA基因、DMSP合成及降解基因的丰度。【结果】研究发现,同时添加硝酸盐(6.00μmol/L)和磷酸盐(0.375μmol/L)能促进叶绿素a、DMSP、DMS的浓度上升。对于DMSP合成基因,只加磷酸盐能促进dsyB及Phaeobacter等相应物种的富集,虽然同时添加硝酸盐和磷酸盐使dsyB富集,但相对只加磷酸盐却不利于dsyB积累;同时添加硝酸盐和磷酸盐也抑制Alteromonas的生长,进而抑制了mmtN的富集。对于DMSP降解基因,同时加入硝酸盐和磷酸盐促进了dddP及Thalassococcus、Thalassobius、Loktanella和Shimia等物种的富集,却抑制了SAR11、Sulfitobacter等的富集,从而导致dmdA无法被富集。【结论】氮限制能更好地促进DMSP合成基因的表达,从而迫使细菌增加DMSP的合成以应对氮营养条件不足的生存环境,并进而提高DMSP脱甲基化的比例为细菌提供更多能量;而在硝酸盐和磷酸盐充足情况下,细菌相对减少DMSP的合成且更倾向于裂解DMSP产生DMS来降低硫同化的比例。本研究结果强调了海水富营养化对细菌合成与降解DMSP过程的影响。