Applied Microbiology and Biotechnology:设计新型引物助力海沟微生物多样性检测

近日，上海交通大学海洋学院张宇研究员指导的博士生杨娜在环境微生物领域经典期刊《Applied Microbiology and Biotechnology》上发表题为“Novel primers for 16S rRNA gene-based archaeal and bacterial community analysis in oceanic trench sediments”的研究论文。杨娜为本文第一作者，张宇研究员为通讯作者。该研究获得国家自然科学基金、国家重点研发计划、上海交通大学“深蓝计划”基金等项目资助，得到深部生命国际研究中心（IC-DLI）团队的支持。

海沟是位于深海板块边缘的陡峭、狭长的沟槽，具有超高的静水压力和相对隔离的水文地质，孕育了独特的微生物生态系统。目前，对于海沟环境中微生物多样性的调查主要依靠16S rRNA基因通用引物，这些通用引物的设计没有考虑海沟的特异性。因此，针对海沟沉积物中独特的微生物群落来设计特异性引物，是提升海沟微生物多样性检测分辨率和覆盖度的必要环节。

与传统通用引物相比，新设计引物在马里亚纳海沟沉积物样本中检测到更多稀有古菌和细菌类群

本研究中，基于克隆文库技术，研究者利用来自马里亚纳海沟的沉积物样本，分别构建了396条古菌和1868条细菌16S rRNA基因全长序列。并进一步根据PDFaith和MNTD系统发育分析证明了V3–V4区域为海沟沉积物微生物群落中最具代表性的16S rRNA基因高变区。为了更好地覆盖海沟微生物群落的多样性信息，研究者还从海沟沉积物样本的宏基因组数据集中提取了34条古菌和986条细菌全长16S rRNA基因序列。基于以上两部分数据集，研究者设计了2对古菌特异性引物（A306F/A713R和A350F/A751R）和1对细菌特异性引物（B344F/B749R），并在来源于马里亚纳海沟的30个沉积物样本中验证了三对新设计引物的有效性、特异性、覆盖度以及潜在的应用价值。

研究发现，与通用引物相比，在30个马里亚纳海沟沉积物中，有46个科水平的细菌仅可被新设计的引物B344F/B749R检测到；有8个科水平的古菌仅可被新设计的引物A306F/A713R检测到。此外，A306F/A713R在所有测试的古菌引物中覆盖了最多的ASVs（扩增子序列变体），表明其在海沟沉积物中可以探测到更多的古菌物种，而这些古菌物种在基于通用引物的检测中很容易被忽视。本研究为进一步探索在高静水压力下海沟沉积物生态系统中独特的微生物多样性和生态功能提供新手段。