中国科学院深海科学与工程研究所(简称“深海所”)“深海微生物基因组学研究组”受“知识创新工程前沿领域”等项目资助,于2013年9月成立,主要开展:1)极端环境微生物群落结构;2)环境微生物宏基因组功能;3)微生物分子进化学 等研究。 

  研究方向 

  1、环境微生物群落结构研究 

   一个生态域的微生物群落结构受到环境因素的影响。同时,微生物也改变并利用环境所提供的物质维持自身种群的数目和结构。一些深海微生物群落可以影响地球 基本元素如碳和氮的循环。上世纪70年代开始的深海热液区生态体系的研究揭示了化能自养微生物的新陈代谢特征和对于维系深海生命圈的重要意义。深海的各种 典型生态域的研究还存在很大空间,如深海冷泉,泥火山和盐卤池。通过对群落结构的了解,可以大致推断该生态域所进行的微生物介导生物地质活动,如甲烷氧化 和金属离子沉降等。本研究组还将通过参与中科院先导专项和借助本所深海工程的优势,对深渊(>6000米)的微生物群落结构进行研究。对深渊微生物 的研究可以使我们对占地球垂直深度45%的水体内的微生物的活动和来源有初步的结论。 

  群落结构的分 析必须借助已有的数据库信息,而极端环境微生物往往存在着不为人知的新种。尤其是在深渊内可能存在着远古的微生物种类,给我们对其种群结构的分析造成极大 困难。本研究组在这个研究方向的另外一个研究重点就是核糖体RNA在系统发育过程中的作用和地位,以及在微生物进化过程中的相应变化。一个关键的问题就是 核糖体RNA是否随着环境和基因组的变化而对某些功能性位点进行相应的改造。在分类效率上, 核糖体RNA的不同区域可能决定不同分类等级上的精确度。最后,真核微生物的群落结构也是本研究组的研究方向,尤其是在深海极端环境下它们进化出的新种。 一些深海环境下的真核微生物可能代表了从原核到真核进化的过渡类群。 

  2、环境微生物宏基因组功能与物质循环 

   由于深海微生物培养条件苛刻,研究纯培养菌株进行基因组研究难度极高。但是随着高通量测序技术的进步,我们可以对整个生态域的微生物进行直接大规模测 序。后续生物信息学的手段可以使我们获得环境微生物基因组(宏基因组)的框架结构。通过对来自不同生态域的宏基因组的比较,我们可以得出微生物在基因组功 能上的差异。比如,在深海和深渊环境下,微生物在进行哪些物质代谢和依靠哪些机制来耐受环境胁迫。对宏基因组功能的研究依靠生物信息学工具的熟练使用,很 强的编程和数据统计分析能力。 

  3、微生物分子进化学研究 

   关于生命起源现有的学说认为,地球最早期的生命体发生于深海环境。由早期的自养微生物逐渐进化出林林总总的生物。所以,微生物分子进化的研究与生命起源 密切相关;同生命形式如何从微生物演化出大型生物和人类密切相关。前者涉及生命现象的产生如何完成从无机到有机世界的过渡。这需要研究微生物在极端条件下 如何利用矿物质和氧化还原梯度的问题,生物大分子在特定环境下的自我催化和合成过程,以及细胞如何完成对内部相对封闭的生命环境的构建。地球真核多细胞生 物目前认为是从古菌进化而来,而何种环境压力使它们进化出真核生物是当前一个重要的科学问题。研究深海和深渊环境中存在的简单真核微生物可以使我们探讨从 原核到真核,从单细胞到多细胞的进化过程。 

  研究团队 

  王勇研究员(博士生导师) 

  本课题组招聘副研究员,助理研究员和博士后 

  简历请投wangy@idsse.ac.cn 

  学科带头人