[背景]候选门级辐射类群(candidate phyla radiation,CPR)和DPANN是与绝大多数已知细菌和古菌具有显著差异的独特类群,因发现较晚,人们对其认识还非常有限.已知二者类群庞大、存在广泛,但在不同生境中的多样性研究还较少,生态功能尚属未知.[目的]分析不同地下水中CPR和DPANN的多样性,探讨不同方法对 CPR和DPANN检出及富集的影响.[方法]采用0.1 μm 滤膜收集菌体和宏基因组测序的方法分析呼和浩特市周边 4 个不同地下水中 CPR 和DPANN的多样性.比较宏基因组测序与 16S rRNA基因扩增子测序对CPR和DPANN检出的影响,以及不同过滤方式和不同滤膜组合对CPR和DPANN富集的作用.[结果]4 个地下水样品CPR 类群检出 33-64 个菌门,相对丰度在 0.17%-1.67%之间;DPANN检出 1-7 个菌门,相对丰度在 0.000 93%-0.071 00%之间.对于CPR和DPANN,16S rRNA基因V3-V4 区扩增子测序仅检出了纳古菌门(Nanoarchaeota).1.2 μm与 0.1 μm滤膜组合具有最好的CPR和DPANN富集效果,在及时更换滤膜的过滤方式下相对丰度分别提高到 13.33%和 0.58%.[结论]地下水中存在种类丰富但相对丰度较低的CPR和DPANN物种资源,且不同地下水中的 CPR和DPANN存在一定的差异.16S rRNA基因V3-V4 区扩增子测序会遗漏地下水中CPR和DPANN物种信息.在及时更换滤膜的过滤方式下采用不同孔径滤膜组合过滤会显著提高CPR和DPANN的相对丰度,达到富集效果.本研究为后续 CPR和 DPANN 物种资源、基因资源和天然产物资源的挖掘,以及该类菌株的可培养工作奠定了基础.

候选门级辐射类群(candidate phyla radiation,CPR)是一类在自然界广泛分布的庞大细菌类群,成员众多,基于宏基因组测序结果已划分出75个门水平分支.CPR细菌是研究微生物进化与各类生境微生物协同作用的理想材料与系统,其在系统进化树中位于细菌域的最外侧,与古菌域外侧的DPANN超门毗邻,进化地位特殊.该类群具有独特的生物学特性,如细胞个体小,基因组精简,缺少三羧酸循环途径以及常见细菌电子传递链相关基因,通常需要与宿主共生、纯培养困难,目前仅在人类口腔中成功分离到一株CPR细菌(TM7菌株UB2523).本文综述了CPR细菌的发现历程、细胞形态、代谢特征、在碳/氮/硫元素循环中的作用,以及不依赖于培养的组学技术在CPR细菌研究中的应用,可为深入探究CPR细菌的进化地位和驱动地球化学元素循环的方式,以及与宿主共生系统的互作机制提供参考.

候选门级辐射类群(candidate phyla radiation,CPR)细菌是一大支与绝大多数已知细菌系统发育地位、基因组大小、细胞形态和生理代谢特征具有显著差异的独特细菌类群.CPR细菌在地球上分布广泛,且群落多样性极高.然而,由于被发现较晚,人们对CPR细菌的认识还非常有限.针对CPR细菌发现历程、细胞形态、基因组学特征、生理代谢潜能、生态学功能、实验室纯培养以及遗传进化等方面进行系统地归纳与总结,以期为未来CPR细菌的生态生理和遗传进化等研究提供参考,进一步加深对地球微生物物种多样性和生命进化的认识.

采用培养方法和宏基因组测序技术分析内蒙古岱海湖水及沉积物中的细菌多样性.培养方法所分离细菌分属4门,6纲,18目,25科,47属,77种,其中,潜在新菌种20种,优势门为变形菌门(Proteobacteria)和厚壁菌门(Firmicutes).培养过程中发现0.22μm滤膜过滤处理能滤除大部分常见的细菌,提高新种检出效率.宏基因组测序共分析到细菌83个门,优势门为变形菌门和拟杆菌门(Bacteroidetes).门水平还识别出一个未归类的细菌门和50个候选菌门,其中,33个为候选门级辐射类群(candidate phyla radiation,CPR)类群.结果表明,岱海中细菌具有较高的丰度和多样性,同时还存在丰富的CPR类群菌株.研究结果为下一步岱海微生物资源挖掘以及生态功能研究奠定基础.

候选门级辐射类群(candidate phyla radiation,CPR)细菌和DPANN超门古菌是重要的微生物暗物质,约占地球细菌和古菌多样性的一半.目前对于CPR和DPANN的研究处于起步阶段,仅获得了少数的实验室培养菌株,代表着丰富的菌种资源和基因资源的潜力;同时其生态功能还未知,预示着未来新发现的巨大机遇.本文在总结现有微生物分离培养方法以及CPR和DPANN菌株共性特征的基础上,对已实现实验室培养的CPR和DPANN菌株进行归纳和分析,提出该类群菌株分离培养的几点建议,以期为今后对该类群菌株的分离培养提供参考.CPR细菌和DPANN古菌的可培养研究有助于加深对该类群菌的认识,阐明其生活方式、进化及演变规律并揭示其独特的代谢途径及功能基因,发现新的天然活性产物,具有重要的科学意义及应用价值.