Microbiome | 李文均教授团队揭示盐湖卤虫尸体分解过程中的微生物演替与代谢功能

盐湖中卤虫尸体分解过程中的微生物分解者多样性与代谢功能研究论文● 期刊Microbiome(IF:12.7)● DOIhttps://doi.org/10.1186/s40168-026-02361-5●原文链接: https://link.springer.com/article/10.1186/s40168-026-02361-5● 2026年3月31日李文均教授团队在Microbiome在线发表了题为 “Microbial decomposer diversity and metabolic function during the decomposition of brine shrimp carcasses in a saline lake”的研究文章。本研究揭示了盐湖中卤虫尸体分解过程中的微生物演替规律识别了参与蛋白质、糖类、脂质和核酸降解的核心微生物类群及病毒介导的代谢调节机制阐明了极端环境下有机碳循环的微生物驱动过程。● 第一作者Lei Gao高磊● 通讯作者Wen-Jun Li李文均、Bao-Zhu Fang房保柱、Jian-Yu Jiao焦建宇● 发表日期2026-3-31● 主要单位中国科学院新疆生态与地理研究所中山大学等摘要卤虫Artemia sp.尸体的分解在盐湖碳循环中具有至关重要的作用然而目前对其微生物动态过程的了解仍然较少。本研究综合运用了宏基因组学、宏转录组学、培养组学、代谢组学以及微宇宙实验调查了中国高盐湖泊——巴里坤湖卤虫尸体分解过程中的微生物群落演替及其功能。研究共获得涵盖33个门类的149个宏基因组组装基因组MAGs和77个纯培养物基因组其中72.12%的基因组代表了种水平上的新谱系。研究结果揭示了多样的细菌和古菌类群包括来自CG03、T1Sed10-126的新谱系以及稀有的古菌类群Asgardarchaeota、Thermoplasmatota、Nanoarchaeota和Halobacteriota它们通过细胞外水解、营养转运和细胞内分解代谢参与蛋白质、碳水化合物、脂质和核酸等生物大分子的降解。这些类群表现出对底物的偏好性能迅速对多糖和蛋白质的分解做出响应随后是脂质和核酸。水解后的低聚物由不同微生物通过发酵、硫酸盐还原和产甲烷过程进行代谢接力从而被进一步氧化。此外病毒辅助代谢基因AMGs进一步增强了微生物宿主的功能对碳循环和压力响应等关键生态过程做出了贡献。研究观察到一个具有时间结构的微生物分解者网络MDN驱动着从发酵到硫酸盐还原及产甲烷作用的矿化级联反应。本研究揭示了微生物代谢接力和病毒介导的调节是无机物周转的关键机制扩展了已知的盐碱生态系统中分解者的多样性与功能。我们的发现为盐湖生物地质化学过程提供了新见解并强调了由细菌、古菌和病毒组成的协同微生物分解者网络在卤虫尸体分解过程中共同驱动营养循环的作用。研究背景动物尸体的分解是一项基础性的微生物过程对全球碳循环具有重要影响。以往的分解研究主要集中在陆地哺乳动物或海洋鱼类上然而对于像盐湖这类极端环境中的微生物分解者动态过程我们仍知之甚少。盐湖虽然经常被忽视但却是对气候敏感的二氧化碳排放源其排放量与国家化石燃料输出量相当因此必须将其纳入全球碳循环评估和缓解策略中。盐湖覆盖了地球近五分之一的湖泊面积属于高盐生态系统它们对全球碳通量贡献巨大每年排放0.11-0.15 Gt的CO2。这种碳释放主要由微生物对有机物的矿化作用驱动这些有机物来源于陆源溶解有机物tDOM、本土微生物碳固定以及浮游动物。在浮游动物中卤虫Artemia sp.尸体是盐湖主要的碳库提供了蛋白质、脂质、多糖和核酸等生物大分子有机质。卤虫是广泛分布于盐湖中的浮游动物。虽然实验室研究强调了内源微生物、氧气限制以及矿物-有机相互作用在卤虫腐烂中的作用但这些实验在很大程度上忽略了环境微生物分解者的贡献及其复杂的代谢相互作用。值得注意的是盐湖蕴藏着多样的候选谱系和稀有的古菌谱系包括DPANN超门成员以及诸如Pacearchaeota、Nanohaloarchaea和Woesearchaeota等稀有分类单元然而它们在有机物分解中的生态角色仍鲜有探索。正如在深海生态系统中所展示的那样病毒的分解活动促进了碳和养分的循环病毒在高盐系统中不仅数量丰富且十分活跃并日益被认为是宿主代谢的调节者、细胞裂解的驱动者以及水平基因转移的介导者。然而参与卤虫尸体分解的微生物分解者特别是候选门类、稀有古菌和病毒的作用在盐湖中仍缺乏表征。解决这些研究空白对于全面了解高盐生态系统中的尸体分解过程至关重要。位于中国西北部的巴里坤湖维持着极高的卤虫种群数量每年收获的生物量达数百吨。这一独特的背景提供了一个理想的自然系统用于研究复杂的微生物群落如何在强盐环境中协同分解动物生物量。在本研究中我们整合了宏基因组学、宏转录组学、代谢组学、培养组学和受控的微宇宙实验以追踪巴里坤湖卤虫尸体分解过程中的微生物演替。这一多组学框架使我们能够识别核心细菌和古菌分解者揭示稀有古菌谱系的作用并理清病毒的生态贡献。通过这些研究我们提供了盐湖中有机碳矿化驱动微生物过程的全景视图从而填补了关于极端但具有全球相关性的生态系统中有机质周转理解的关键空白。结果与讨论盐湖卤虫分解过程中的微生物演替规律在卤虫尸体BSd和卵壳BSe分解的微宇宙实验中微生物Shannon多样性表现出一致的“下降后上升”模式图1A。由于BSd和BSe具有相似的有机成分两者的微生物群落随时间呈现出趋同但具有阶段特异性的动态图1B。研究识别出Pseudomonadota、Bacteroidota、Halanaerobiaeota等为优势细菌类群而尽管丰度较低Nanoarchaeota等稀有类群也被持续检出图1C。共发生网络分析显示微生物核心节点Hubs在分解不同阶段显著切换表明分解者微生物组内部经历了剧烈的组成重组与功能衔接最终趋于稳定。图1 | 卤虫有机物分解微宇宙实验过程中的微生物群落结构AShannon多样性指数B基于Bray-Curtis距离的非度量多维尺度分析NMDSC源自巴里坤湖沉积物的微宇宙中主要细菌和古菌类群的序列相对丰度。卤虫尸体有机质底物的偏好性降解通过溶解有机物DOM成分分析及FT-ICR-MS表征研究发现盐湖微生物对底物的降解具有显著的偏好性。分解初期的DOM展现出较高的吉布斯自由能GFE表明其处于易被微生物利用的高能不稳定状态。对比不同生物分子的名义氧化态碳NOSC与碳水化合物和蛋白质相比脂质具有较低的NOSC值这突显了其对氧化分解具有更强的抵抗力图2A多组学分析进一步证实参与蛋白质和糖类分解的基因及转录本丰度远高于脂质相关基因。这表明微生物倾向于优先转化能量回报更高、降解难度更小的蛋白质和碳水化合物。图2 | 卤虫有机物分解微宇宙实验过程中DOM多样性的变化以及潜在微生物分解者新谱系的多样性A卤虫有机物分解过程中的Van Krevelen 图展示了微宇宙实验期间溶解有机物DOM的H:C与O:C原子比及NOSC值的动态变化B基于MAGs构建的细菌与古菌系统发育树进化树基于GTDB-Tk生成的120个细菌标记基因和53个古菌标记基因并利用IQ-TREE构建而成。高盐湖泊生态系统中多样化的潜在微生物分解者新谱系通过整合宏基因组组装基因组MAGs与培养组学技术本研究从卤虫尸体分解微宇宙中挖掘出极其丰富的微生物新谱系。研究共获得了149个中高质量MAGs涵盖4个古菌门及29个细菌门其中93.29%的基因组在种水平上无法归类显著扩展了高盐环境微生物分解者的已知演化谱系。同时本研究成功分离获得77株纯培养菌株主要分布于厚壁菌门和变形菌门等且包含约31.17%的潜在新物种图2B。这些由优势谱系、稀有谱系及未知新谱系构成的多样化基因组资源不仅证实了众多潜在新微生物在卤虫尸体降解中的核心作用也为后续深入解析极端环境下有机质周转的生物学基础提供了重要的菌株支撑与遗传背景。多类群协作与代谢接力介导的生物大分子分解代谢本研究系统解析了微生物降解卤虫尸体中生物大分子碳水化合物、蛋白质、脂质和核酸的复杂机制揭示了由多类群协作与“代谢接力”构成的降解网络图3。研究识别出包括Bacillota_F、Bacteroidota、Chloroflexota、Planctomycetota、Pseudomonadota、Spirochaetota 等谱系在内的多个类群同时编码多种活跃转录的胞外水解酶包括几丁质酶、酯酶、蛋白酶、核酸酶等同时发现一些类群通过“投机性”营养交互摄取降解产物以弥补自身胞外酶的缺失通过结合底物富集实验与77株纯培养菌株的功能验证如Bacillus属的几丁质酶与蛋白酶活性本研究从“组学预测”到“菌株实证”完整勾勒了盐湖分解者群落的功能图谱强调了优势谱系、候选门类如CG03、T1Sed10-126及稀有古菌在驱动极端环境生物量周转中的核心地位图4。进一步通过对比分析发现热环境如瓜伊马斯盆地及常规土壤生境中的核心分解者类群在本研究中基本缺失暗示微生物分解者具有强烈的栖息地特异性表明传统的土壤等环境的保守微生物分解者网络并不完全适用于极端高盐的湖泊生态系统。图3 | 生物大分子的微生物分解代谢潜能图4 | 微生物介导的盐湖卤虫尸体有机物分解代谢途径病毒在盐湖生物大分子降解中的潜在作用本研究深入探讨了病毒在盐湖生物大分子降解中的潜在作用通过恢复1385个病毒宏基因组组装基因组vMAGs图5A-C揭示了病毒通过辅助代谢基因AMGs深度参与宿主代谢调节的机制。在宿主关联方面仅9.68%的vMAGs能与本研究回收的MAGs建立连接主要宿主类群是Pseudomonadota、Bacteroidota、Campylobacterota、Bacillota等图5D。以Caudoviricetes为主的病毒群落其携带的AMGs广泛涉及氨基酸合成、能量代谢及辅因子生物合成等关键途径图5E。裂解性病毒倾向于通过nadM和purA/F等基因重塑宿主核苷酸与能量代谢以维持自身高效复制而温和病毒则普遍携带cysH硫代谢、ectC应激响应及manA碳水化合物代谢等基因。宏转录组证据表明这些病毒AMGs在分解过程中被活跃转录增强了宿主在极端高盐环境下的生存适应性与底物利用效率。这一发现强调了病毒不仅是微生物死亡的驱动者更是通过介导微生物代谢连通性来驱动极端环境生物地球化学循环的关键调节者。图5 | 病毒参与卤虫尸体有机质分解的潜力A病毒序列质量B病毒序列类型C病毒序列分类学D病毒序列宿主预测E病毒序列中潜在AMGs的功能。结论本研究系统揭示了盐湖生态系统中卤虫尸体分解的微生物动力学机制。研究表明嗜极微生物分解者在分解过程中经历了从复杂动态到趋于稳定的演替并通过类群间的代谢接力高效降解高能生物大分子。这些分解者表现出显著的生境特异性和底物偏好性其代谢活动优先响应蛋白质和碳水化合物随后通过发酵、硫酸盐还原及产甲烷过程将水解产物转化为CO2、H2、H2S或CH4。此外研究进一步扩展了参与核酸降解的微生物多样性并发现病毒通过其辅助代谢基因AMGs在营养循环和应激反应中发挥关键作用。该发现不仅强调了微生物分解者网络MDN在调节碳稳定与能量流动中的核心地位图6更填补了盐湖极端环境下分解者生态位的研究空白为理解全球盐碱生境的物质循环提供了重要理论支撑。图6 | 盐湖中微生物分解者网络MDN驱动的物质循环和能量流动作者简介高磊第一作者高磊中山大学生命科学学院博士后主要研究方向是极端高盐环境中微生物多样性及其生态功能。通过整合多组学如宏基因组、宏转录组等方法探索极端高盐生态系统中原核生物的多样性、生态功能和适应性进化。在宏基因组、宏转录组和培养组等方面具有丰富的经验。目前为止以第一或共同第一作者在The ISME Journal、Microbiome、Microbial Ecology等期刊发表论文18篇。李文均通讯作者李文均中山大学生命科学学院百人计划/珠江学者/逸仙学者特聘教授二级博士生导师。长期从事高温、高盐碱、海洋等极端或特殊生境植物内生、动物肠道等微生物分类及系统学、生态学研究。现任伯杰氏国际系统微生物学会Bergeys International Society for Microbial Systematics, BISMiS主席国际原核生物系统学委员会International Committee on Systematics of ProkaryotesICSP国际委员。同时兼任中国微生物学会微生物教学工作委员会副主任委员、国际交流工作委员会委员、普通微生物专业委员会委员、地质微生物专业委员会委员、微生物资源专业委员会委员国内外Microbiome、International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology、Systematic and Applied Microbiology、Antonie van Leeuwenhoek等十几个期刊主编、副主编或编委。先后承担并顺利完成了包括国家科技部重点研发课题、国际合作专项、国家科技基础性工作专项以及国家自然科学基金青年、面上、重点、国际合作共10项等在内的50余项国家级或省级课题的研究。以第一或通讯作者在National Science Review、iMeta、Nature Communications、Microbiome、The ISME Journal、Cell Reports、Environmental Pollution、npj Biofilms and Microbiomes、Genome Biology and Evolution等刊物上发表学术论文700余篇参与发表400余篇以主编或共同主编出版专著10部专利40余件。先后建议并命名、发表包括细菌、古菌4个新门5个新纲24个目40余个新科115个新属超680余个新种。曾获伯杰氏奖Bergey Award、斯克尔曼分类学奖Skerman Award for Microbial Taxonomy、中国科学院青年科学家国际合作伙伴奖/中国政府友谊奖均为中方合作伙伴、省部级自然科学一等奖、二等奖、三等奖各2次。2015-2025连续11年入选由世界著名出版公司爱思唯尔Elsevier发布的中国高被引学者榜单。房保柱通讯作者房保柱中国科学院新疆生态与地理研究所副研究员长期致力于干旱区、盐碱湖泊及喀斯特洞穴等极端环境下的微生物多样性与资源开发研究以第一或通讯作者身份在Microbiome、The ISME Journal、Microbiological Research、Microbial Ecology等国际权威期刊发表了多篇高质量论文主编或参编专著5部申请专利2项。先后建议并命名、发表包括细菌、古菌新物种50余个。主持包括中国科学院“西部之光”青年学者项目、国家自然科学基金青年、面上项目及自治区自然科学基金等多项重要科研课题10余项并担任伯杰氏国际系统微生物学会BISMiS会员、新疆微生物学会理事、Systematic and Applied Microbiology编委及多家国际知名期刊的评审专家。焦建宇通讯作者焦建宇中山大学生命科学学院副教授、逸仙学者计划“新锐学者”、博士生导师、省级重大人才工程入选者。主要研究方向为微生物资源与生态长期从事极端环境微生物资源、生态功能与适应性进化等相关领域的研究工作。在宏基因组、宏转录组和培养组等多组学技术以及微生物菌株定向分离等方面具有丰富的研究经验。近5年以第一或通讯作者含共同在National Science Review2021/2024/2024、iMeta2023/2024、The ISME Journal2021/2024、Microbiome2024/2025/2026、Microbiological Research2023等期刊发表论文三十余篇。参与建立并发表原核生物新门2个、新纲5个、新物种80余个主持或参与国家级项目7项主编或参编专著3部参与撰写新版《伯杰氏古菌和细菌系统学手册》3节。现为中国微生物学会古菌学专业委员会委员、伯杰氏国际系统微生物学会BISMiS会员、International Society for Microbial EcologyISME会员、ISME Early Career Scientist成员。现任iMeta青年编委兼执行副主编BMC Microbiology编委Frontiers in Microbiology客座副主编和审稿编辑微生物学报青年编委会委员。宏基因组推荐4月10-12日微生物组-扩增子16S分析5月8-10日微生物组-宏基因组分析本公众号现全面开放投稿希望文章作者讲出自己的科研故事分享论文的精华与亮点。投稿请联系小编微信号yongxinliu 或 meta-genomicsiMeta高引 fastp PhyloSuite ImageGP2 iNAP2 ggClusterNet2iMeta工具 SangerBox2 美吉2026 OmicStudio Wekemo OmicShareiMeta综述 高脂饮食菌群 发酵中药 口腔菌群 微塑料 癌症 宿主代谢10000扩增子EasyAmplicon 比较基因组JCVI 序列分析SeqKit2 维恩图EVenniMetaOmics高引 猪微生物组 16S扩增子综述 易扩增子(EasyAmplicon)系列教程微生物组入门 Biostar 微生物组 宏基因组专业技能学术图表 高分文章 生信宝典 不可或缺的人点击阅读原文