ArrayJet芯片点样仪助力生物碳循环的研究

环亚生物

2023/08/25 13:29

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藻类是海洋生态系统中极为重要的初级生产者，同时也是海洋食物链的基础。藻华现象作为海洋浮游植物增殖的短暂事件，全球每年常有发生，往往占地数千平方公里。在藻华结束时，大部分藻类固定的碳会通过草食性捕食者或异养细菌进行代谢循环，一小部分会沉降到深海中。藻华现象的终止影响着相关微生物种群和碳的循环，病毒感染是导致藻华停止的常见原因。然而，目前仍然缺乏对病毒如何在藻华期间改变微生物组成和影响碳的循环进行定量评估。同时，海洋藻华的不可预测性使得在高时间分辨率下监测其微生物演替具有一定的挑战性，而中型生态系统实验由于接近海洋微生物生态系统的复杂性，因此是研究浮游生物生态学的一个重要手段。

该文章于2023年1月发表在Nature Communication杂志，作者来自于以色列魏茨曼科学研究所植物与环境科学系，为了定量的研究病毒感染对海洋碳流动的影响，作者设计了一个中型生态系统实验来研究钙化微藻的藻华动态过程，7个大型的围栏建在挪威卑尔根附近的一个峡湾中，内部充满了1.1万升海水，同时含有自然浮游生物群落，并连续几天给予含有氮和磷的营养物质诱导藻华现象产生，同时记录监测过程中各微生物群落之间的动态变化，结果显示，不同围栏中总病毒载量与宿主（E. huxleyi）和食草动物（纤毛虫）的浓度呈显著负相关，但与微纳米浮游生物或细菌丰度不相关。

藻华可覆盖超过10万平方公里的海洋，占光合浮游植物的75%，其形成的钙化球石藻外壳对海洋碳循环和碳酸钙的形成有着深远的影响。透明胞外聚合颗粒物(transparent exopolymer particles,TEP)是一类主要成分为酸性多糖的高黏性有机微凝胶，TEP是海洋中普遍存在的一种有机颗粒物,其生产速率可达海洋初级生产的5-10%，是海洋颗粒有机碳(POC)的重要组成部分，除此之外，钙化产生的颗粒无机碳（PIC）对碳循环也有着深远的影响。因此，为了研究病毒感染对碳释放的影响，作者采用芯片技术来对TEP和PIC定量，首先从钙化外壳中提取多糖，然后使用英国ArrayJet生物芯片点样仪进行碳水化合物微阵列点样，样品点印在0.45微米孔径的硝化纤维素膜上，每个样本一个重复，点样环境20摄氏度、50%湿度，每个微阵列使用一种糖特异性单克隆抗体进行检测，随后对结合信号进行分析，结果表明，病毒感染导致球石藻释放的碳（TEP和PIC）增加2-4倍，见图。

图.a.碳水化合物芯片分析，随着时间的推移，颗粒有机质（POM）中藻酸盐和脱氧半乳聚糖的丰度。BAM1、2、6和7为糖特异性单克隆抗体，用于测量POM提取物中已识别的多糖表位的相对丰度；b.TEP建模方案，作为浮游植物数量和降解速率的函数，可以预测球石藻对TEP的贡献；c阿尔新蓝染色测定TEP的浓度；d.预测TEP在每个袋中的总病毒载量函数；e.预测感染和未感染的球石藻细胞的TEP分泌量；f.藻华演替过程中PIC的相对丰度；g.预测球石藻细胞的PIC在每个袋中总病毒载量的函数；h.预测感染和未感染的球石藻细胞PIC的产生量。

综上所述，在藻华期间，只有高水平的病毒感染，自由生活的细菌和真核生物种群的组成才会发生显著变化，并且在病毒感染后，真核生物作为有机物质的潜在回收者会与细菌进行竞争，同时球石藻细胞释放的酸性多糖和颗粒无机碳增加2-4倍，这不仅表明了自然藻华过程的生物复杂性，也为病毒感染对碳循环的影响提供了强有力的证据。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-36049-3

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