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生命科学学院李文均教授团队在热泉微生物培养策略研究中取得进展


稿件来源:生命科学学院 | 作者:生命科学学院 | 编辑:谈荣钰、郝俊 | 发布日期:2020-05-15 | 阅读次数:


        微生物是地球上生物量最大、生活范围最广、生物多样性最为丰富的类群,是人类赖以生存和发展的重要物质基础和生物技术创新的重要源泉。据保守估计,地球上存在的原核生物物种在数百万种以上。然而由于研究手段的限制以及对物种认知的缺乏,许多微生物类群还不能分离培养,也使得以物种纯培养为基础的原核微生物多样性及下游应用研究面临着前所未有的挑战。如何分离、培养并有效描述未知的90%以上的绝大多数微生物,是微生物学研究一直以来亟需解决的挑战性课题。

        近日,我校生命科学学院李文均教授课题组在国际知名学术期刊npj Biofilms and Microbiomes(IF:6.333,中科院生物学一区,微生物学一区)上发表题为“ Network-directed efficient isolation of previously uncultivated Chloroflexi and related bacteria in hot spring microbial mats”的学术论文。论文作者突破传统培养模式,通过高通量测序及共现网络分析预测热泉菌席微生物的互作模式的思路,实现了绿弯菌的定向分离(图1)。通过对潜在互作的微生物验证,确定了一株具有广泛促生活性的菌株Tepidimonas sp. SYSU G00190W;基于此,团队建立了基于物种互作的“SCM-定向分离”策略,成功分离到大量之前难以培养的微生物类群;最后作者还对其基因组和代谢组做了进一步机理解析和实验验证。

 

图1. 热泉中绿弯菌的定向分离

 

        热泉广泛分布于全球,是研究微生物生态学的模式生态系统之一。菌席生境代表了热泉生态系统中最复杂的微生物群落,其中的微生物存在广泛的相互作用。本研究首先基于26份典型的热泉菌席样品构建了共现网络,确定了潜在促生类群,后基于高效促生菌实现了以绿弯菌门为代表的大量难培养类群的分离培养。结合基因组学及胞外代谢组学发现,绿弯菌与温单胞菌存在活跃的互养行为,温单胞菌可以将复杂底物转化为绿弯菌等难培养微生物生长必须的小分子底物(图2)。两者之间的互利协作模式保证了彼此生命活动的高效进行。

 

图2. Tepidimonas 菌株分泌的胞外代谢产物可以促进未培养微生物的生长

 

        本研究首次应用网络预测的方法实现了热泉菌席生境中未培养绿弯菌的定向培养。基于两株代表性菌株的互作研究,初步阐明了热泉菌席中绿弯菌(自养微生物,优势类群)和温单胞菌(异养微生物,稀有类群)之间的互作关系,并为理解贫营养生境中优势类群与稀有类群的相互作用奠定了一定的基础,提出的分离策略为其它环境中难培养微生物的可培养化提供了思路。

        我校生命科学学院博士生鲜文东及特聘副研究员Salam Nimaichand博士、硕士生李蒙蒙为共同第一作者,李文均教授为唯一通讯作者。中国地质大学(武汉)生物地质与环境地质国家重点实验室的蒋宏忱教授、吴耿博士参与了部分工作。该研究得到了国家自然科学基金委水圈微生物驱动地球元素循环的机制重大研究计划重点项目(91951205,91751206),相关面上项目(31370154,31600298,31850410475),以及广东省重点领域研发计划“现代种业”重大专项 (2018B020206001)的资助。

 

        论文链接:https://doi.org/10.1038/s41522-020-0131-4

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