分层水库稀有和优势微生物时间性转换过程与机制

During the last decade, technological progress in environmental sequencing has unveiled the prevalence of the rare microorganisms. The rare microorganisms have tremendous biodiversity, and some rare taxa may become abundant members under certain conditions. Therefore, the rare microorganisms play important roles in ecosystem. However, we still know little about the temporal dynamics of rare microorganisms, and the process and mechanism of transition between rare and abundant taxa. Therefore, this project will use the modern molecular biological methods (16S rRNA and rDNA pyrosequencing and single cell genomics), combining the multivariate statistical and model analyses to study the rare and abundant microbial communities in a subtropical thermal stratified drinking water reservoir. The objects of this project are: 1) to investigate the temporal dynamics and patterns of rare microbial community on DNA and RNA levels, thereby answering the question that whether the temporal dynamics of rare microbial community are similar to that of abundant microbial community; 2) to study the process and mechanism of transition between rare and abundant taxa on different time scales, and to reveal the key taxa which participate in the transition and their adaption mechanism on molecular level. This project will improve our understanding of that how the rare and abundant microorganisms play significant roles in succession and diversity of reservoir microbial community and stability of reservoir ecosystem.

近年来高通量测序技术揭示了环境中普遍存在的稀有微生物。这些稀有微生物具有极高的多样性，在特定条件下一些稀有类群还能转变为优势类群，因此，稀有微生物在生态系统中发挥了重要作用。然而，目前人们对稀有微生物时间变化特征，以及稀有和优势微生物时间性转换过程和机制认识不足。本研究以亚热带热分层城镇饮用水源水库为例，综合运用16S rDNA和rRNA高通量测序和单细胞基因组测序技术，结合多元统计和模型分析，对稀有和优势微生物群落动态进行研究：1）从DNA和RNA水平上分析稀有微生物群落时间动态和分布格局，阐明其演替是否和优势微生物群落一样受到生态过程的影响，存在时间性规律；2）研究不同时间尺度下稀有和优势微生物的转换过程和规律，在分子水平上揭示参与转化的关键微生物类群特征及其适应机制。本研究有助于系统深入认知稀有和优势微生物对水库微生物群落演替和多样性方面的贡献，以及在维持水库生态系统稳定性中的作用。

近年来高通量测序技术揭示了环境中普遍存在的稀有微生物。这些稀有微生物具有极高的多样性，在生态系统中发挥了重要作用。但过去微生物生态学研究主要关注优势微生物群落，我们对环境变化下稀有微生物群落动态以及稀有和优势微生物转换的过程与机制还不清楚。本项目以亚热带分层水库为例，研究了水库优势和稀有微生物群落时间变化特征：1）揭示了长时间尺度下，亚热带分层水库特征微生物——蓝藻（蓝细菌）群落在优势和稀有状态间转换的过程与机制，及其转换过程对浮游真核微生物群落的影响；2）初步确定了亚热带分层水库蓝藻水华消退期间，相关的优势和稀有细菌类群、厌氧氨氧化细菌类群、细菌抗生素抗性基因的动态变化规律。3）基本明确了参与稀有和优势转换的主要微生物类群。项目结果已整理发表了SCI 论文 5 篇（其中一区2篇，二区3篇），还有部分结果在审稿和返修中。培养研究生3名，其中毕业2名。此外，依托该青年基金，项目负责人还争取到了福州市科技计划等项目的支持，并作为第一作者发表了3篇SCI一区论文。综上所述，本项目已基本完成了任务书规定的各项任务和指标。

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