不产氧光合绿硫菌利用广泛的代谢与资源获取策略维持稳定的近克隆性水华

不产氧光合绿硫细菌（GSB；Chlorobiia）是缺氧且富含硫化物环境中的重要初级生产者，随着沿海水体脱氧加剧，其在水生生态系统中的重要性将不断提升。在本研究中，我们采用了一种极为全面的分析方法，以探究绿硫细菌暴发的形成、维持与消退过程。我们将多组学分析——包括V4V5区和合成长读长16S rRNA扩增子测序、宏基因组学和宏蛋白质组学——与总细胞数及GSB特异性细胞计数、生物地球化学测量和同位素分析相结合。绿硫细菌暴发的细胞密度超过10^9个细胞 ml^-1，属于截至目前报道的最高环境细胞密度之一；在暴发群体中，最多有96%由单一菌株水平的Prosthecochloris谱系（GSB-TRL01）构成。极高的硫化物浓度（>17 mM）与细胞密度达到峰值及同位素组成的变化同时出现。绿硫细菌暴发的持续存在得益于紧密耦合的硫循环、较高的固氮速率、耐受氧化胁迫并维持氧化还原平衡的机制，以及通过外膜转运系统获取营养物质的能力。在暴发消退之前，硫氧化酶逐渐转变为对硫化物具有更高亲和力的酶。Prosthecochloris GSB-TRL01在若干外膜转运系统方面不同于亲缘关系密切的谱系，其中包括用于转运磷酸盐的孔蛋白和TonB依赖型转运蛋白。总体而言，这些发现揭示了若干生理和代谢策略，这些策略可能使近克隆的Prosthecochloris群体能够在沿海硫化缺氧环境中形成异常巨大的生物量，同时耦合硫、碳和氮循环。

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不产氧光合绿硫菌利用广泛的代谢与资源获取策略维持稳定的近克隆型水华

查看 ORCID 个人资料 Molly A Moynihan ， 查看 ORCID 个人资料 Olivia L Mathieson ， Catherine A Crowley ， Eleanor Greene ， Hannah Vanderscheuren ， Diana Dumit ， Roo Weed ， Ketil Koop-Jakobsen ， Manuel Kleiner ， S. Emil Ruff

doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.24.754110

Molly A Moynihan 1 佛罗里达大西洋大学； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者 Molly A Moynihan 的 ORCID 记录

通讯作者： mmoynihan{at}fau.edu

Olivia L Mathieson 2 北卡罗来纳州立大学； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者 Olivia L Mathieson 的 ORCID 记录

Catherine A Crowley 3 康涅狄格大学； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者 Catherine A Crowley 的 ORCID 记录

Eleanor Greene 4 海洋生物学实验室； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者 Eleanor Greene 的 ORCID 记录

Hannah Vanderscheuren 4 海洋生物学实验室； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者 Hannah Vanderscheuren 的 ORCID 记录

Diana Dumit 5 麻省理工学院； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者 Diana Dumit 的 ORCID 记录

Roo Weed 6 芝加哥大学 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者 Roo Weed 的 ORCID 记录

Ketil Koop-Jakobsen 4 海洋生物学实验室； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者 Ketil Koop-Jakobsen 的 ORCID 记录

Manuel Kleiner 2 北卡罗来纳州立大学； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者 Manuel Kleiner 的 ORCID 记录

S. Emil Ruff 4 海洋生物学实验室； 在 Google Scholar 中查找该作者 在 PubMed 中查找该作者 在本网站搜索该作者 S. Emil Ruff 的 ORCID 记录

摘要

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摘要

不产氧光合绿硫细菌（GSB；Chlorobiia）是缺氧且富含硫化物环境中的重要初级生产者。随着沿海地区脱氧化程度的加剧，它们在水生生态系统中的重要性将进一步提升。在本研究中，我们采用了独特且全面的分析方法，以探究绿硫细菌水华的形成、维持与消亡过程。我们将多组学分析——包括 V4V5 区和合成长读长 16S rRNA 扩增子测序、宏基因组学和宏蛋白质组学——与总细胞计数、绿硫细菌特异性细胞计数、生物地球化学测量以及同位素分析相结合。绿硫细菌水华的细胞密度超过每毫升 10⁹ 个，是迄今报道的环境细胞密度中最高的水平之一；其中最高有 96% 的水华由单一菌株水平的 Prosthecochloris 谱系（GSB-TRL01）组成。极高的硫化物浓度（>17 mM）与细胞密度达到峰值以及同位素组成的变化相吻合。水华的持续存在得益于紧密耦合的硫循环、高速率的固氮作用、耐受氧化胁迫并维持氧化还原平衡的机制，以及通过外膜转运系统获取营养物质。在水华消亡之前，硫氧化酶逐渐转向对硫化物具有更高亲和力的酶。Prosthecochloris GSB-TRL01 与亲缘关系密切的其他谱系在若干外膜转运系统方面存在差异，其中包括用于转运磷酸盐的孔蛋白和 TonB 依赖型转运蛋白。总体而言，这些发现揭示了若干生理和代谢策略，这些策略可能使近克隆型 Prosthecochloris 种群能够获得极高的生物量，并在沿海富硫缺氧环境中实现硫、碳和氮循环的耦合。

利益冲突声明

基金资助信息声明

美国国家科学基金会， https://ror.org/021nxhr62 ，2205993 ，2426305 ，BIO220128

Simons 基金会，824763

版权

本预印本的。

本预印本依据 CC-BY-NC-ND 4.0 国际许可协议提供。

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发表于 2026 年 9 月 25 日。

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Molly A Moynihan ， Olivia L Mathieson ， Catherine A Crowley ， Eleanor Greene ， Hannah Vanderscheuren ， Diana Dumit ， Roo Weed ， Ketil Koop-Jakobsen ， Manuel Kleiner ， S. Emil Ruff

bioRxiv 2026.09.24.754110； doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.24.754110

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bioRxiv 2026.09.24.754110； doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.24.754110

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.24.754110v1?rss=1

🏷️ 绿硫细菌 近克隆性水华 硫循环 多组学分析 缺氧沿海生态系统