海洋沉积物中深古菌的固碳潜能——基于DNA的稳定性同位素示踪研究

深古菌分布广泛、生境多样，是地球丰度最高的微生物之一，被认为在全球碳循环中扮演着重要角色。由于分离培养困难，深古菌的生理代谢功能尚不清楚。虽然宏基因组分析表明深古菌包含完整的无机碳固定途径(Wood-Ljungdahl pathway，WL途径)，但尚未有直接的功能验证报道。本研究利用木质素与NaH13CO3对海洋沉积物样品进行长期培养，探究深古菌固定无机碳的能力。结果表明：在添加了木质素的培养体系中深古菌持续增长，10个月后其丰度增幅高达15.3倍，并在古菌中占比由30%上升为80%。为查明培养体系内微生物的固碳功能，监测了总有机碳δ13C随时间的变化，发现两种添加了NaH13CO3的体系的总有机碳在最初的一个月均有升高，随后在未添加木质素的体系中基本保持不变，而添加了木质素的体系中δ13C缓慢而持续地增长。对培养过程中不同处理和不同阶段的样品进行DNA提取，并通过超高速密度梯度离心获得不同浮力密度DNA后，利用Q-PCR分析其中深古菌与细菌的16S rRNA基因丰度。发现4个月后添加了木质素和NaH13CO3的体系中深古菌16S rRNA基因相较于细菌更明显集中出现在密度更重的层位，说明深古菌通过利用木质素和固定NaH13CO3大量增殖并导致其DNA被13C标记。深古菌具有固碳代谢的能力。