大洋表层沉积物中甲烷代谢古菌群落的组成及分布特征

摘要

海洋沉积物中的甲烷代谢微生物是甲烷循环的关键参与者,其代谢过程对大气甲烷浓度及全球气候变化具有显著影响,研究其在全球大洋沉积物中的组成及分布特征是探究微生物介导甲烷循环的基础。采用焦磷酸454高通量测序测定甲烷代谢保守功能基因mcrA(Methyl coenzyme–M reductase A)分析全球大洋沉积物中甲烷代谢微生物群落的组成和多样性;结合荧光实时定量PCR技术检测了古菌和甲烷代谢古菌的丰度分布特征。与其他海洋生境对比,大洋沉积物中甲烷代谢古菌群落结构单一,大西洋和印度洋的α多样性指数显著高于太平洋(p<0.05)。在大洋沉积物样品中鉴定到3个目的甲烷代谢古菌,即甲烷杆菌目(Methanobacteriales)、甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)和甲烷微菌目(Methanomicrobiales),其中甲烷微菌目占绝对优势,并主要由一簇未知类群(暂名Oceanic Sediments Dominant group,OSD group)组成。大洋沉积物的古菌16S rRNA基因丰度(湿重,下同)平均为8.81×10^(6) copies/g,大西洋的低于印度洋和太平洋;马里亚纳海沟基因丰度低于南海北部,且随着采样深度增加而呈降低趋势。大洋沉积物的mcrA基因丰度为1.38×10^(3)~8.25×10^(4) copies/g。基因丰度大西洋最高,太平洋次之,印度洋最低;马里亚纳海沟略高于南海。本研究发现,相较于冷泉、热液、近海河口等海洋生境,大洋沉积物中甲烷代谢古菌丰度低且群落结构单一,不同海区样品间具有极高的相似性;同时发现OSD group是全球大洋沉积物样品的绝对优势类群,其与已知类群序列亲缘关系均较远,分类进化地位尚不明晰,值得进一步研究。