SAR11细菌对海洋溶解有机磷中碳、磷利用的耦合机制研究

Dissolved organic phosphorus (DOP) contribute 75-80% of total dissolved phosphorus pool in the oligotrophic ocean. The utilization and metabolism of DOP by SAR11 bacteria, the most abundant marine bacterioplankton, largely implicate the turnover rate of DOP, thus plays key roles in the ecosystem of the oligotrophic ocean. Pelagibacter strains HTCC7211 will be used as a model species of SAR11 bacteria, and approaches of nutrient-controlled laboratory culturing, proteomics, metabolomics and big data bioinformatic analysis will be applied in the coming project if granted. Physiological responses of carbon- or phosphorus-limited cells to different supplements of individual DOP compounds will be monitored to verify whether SAR11 cells have capabilities to utilize both carbon and phosphorus from different DOP as well as the coupling between carbon and phosphorus utilization. Combined with proteomic and metabolomic data, the coupling metabolic network of utilizing carbon and phosphorus from various of DOP utilized by cells will be reconstructed. Finally, the diversity and distribution of key functional genes involved in the DOP metabolism by in situ SAR11 populations will be uncovered via integrated analysis of public meta-omic big data.The proposed project will provide evidences in illuminating the coupling mechanism of utilizing carbon and phosphorus from DOP by SAR11 bacteria, fill the gaps of studying the ecological roles of SAR11 bacteria, and have significant theoretic valuables in revealing the microbe-mediated biogeochemical processes of marine organic matter.

在寡营养海洋，溶解有机磷（DOP）贡献了总溶解磷库的75-80%。高丰度的SAR11细菌对DOP中的碳、磷利用与代谢影响了寡营养海洋DOP的周转速率，对维持该海域生态系统功能起着至关重要的作用。本项目以Pelagibacter strains HTCC7211为SAR11模式菌株，主要运用实验室营养盐受控培养、蛋白质组学、代谢组学和大数据挖掘手段，通过监测磷限制或碳限制细胞在不同DOP培养下的生理响应，确定SAR11细菌对不同DOP中的碳、磷元素的利用能力及其耦合现象；结合蛋白质组学与代谢组学手段构建不同DOP中碳、磷利用耦合的代谢网络；并整合宏组学大数据挖掘SAR11原位种群DOP代谢关键功能基因的多样性与分布。本项目为阐明SAR11细菌对DOP中碳、磷利用耦合机制提供科学依据，弥补我国在SAR11细菌生态功能研究方面的不足，对揭示微生物介导的海洋有机物生物地球化学过程具有重要理论价值。

在寡营养海洋，溶解有机磷(DOP)贡献了总溶解磷库的75-80%。高丰度的SAR11细菌对DOP中的碳、磷利用与代谢影响了寡营养海洋DOP的周转速率,对维持该海域生态系统功能起着至关重要的作用。本项目综合运用实验室受控培养、多组学和大数据挖掘手段研究SAR11细菌对DOP中碳、磷利用的耦合机制，取得了以下主要研究成果：1）构建了海洋难培养细菌SAR11磷饥饿细胞培养体系，为SAR11介导的有机磷生物地球化学研究奠定了实验室受控培养的基础；2）首次报道了海洋基因组吝型化代表细菌的蛋白质组精细谱图，极大提升了SAR11细菌基因组注释的准确性和完整性，并揭示SAR11细菌在有机磷代谢方面的遗传特性具有基因组吝型化特征；3）证明了多种有机磷可作为SAR11细菌生长所需的磷源，且具有底物特异性，阐明了SAR11细菌利用有机磷的分子机制；4）论证了有机磷中的有机碳组分无法作为碳源提供SAR11细菌生长；5）首次发现SAR11细菌蛋白质组磷酸化修饰程度较高，指出转运蛋白的磷酸化修饰在SAR11细菌碳、磷利用过程中的关键调控作用。6）表征了SAR11细菌有机磷代谢关键基因的全球分布特征，指明SAR11细菌参与有机磷生物地球化学循环的主要区域。项目执行填补了我国SAR11细菌生态学研究的空白，对海洋溶解有机磷生物地球化学研究提供了微生物学的关键支撑，具有重要的科学价值。

内容获取失败，请点击重试