研究表明，牡蛎是减少营养污染的热点
细菌会去除导致沿海水域过度施肥的氮
当谈到牡蛎及其在减少营养污染方面的作用时，威廉玛丽大学弗吉尼亚海洋科学研究所的研究人员进行的一项新研究直接触及了问题的内脏和外壳。
这项研究发表在9月29日的《公共科学图书馆·综合》（PLoS ONE）杂志上，是第一个识别和量化牡蛎肠道和外壳中潜在的反硝化细菌的研究，也是第一个使用基于核糖体RNA基因序列推断细菌活动的新计算机程序来做到这一点的研究。
反硝化是指硝酸盐和亚硝酸盐（导致沿海水域过度施肥的化合物）被还原为氮气的过程，而氮气对水生生物栖息地是无害的。来自污水处理厂、农场肥料和其他人为来源的过量氮可能导致低氧“死区”、渔业收成减少和海草栖息地的丧失。切萨皮克湾是全球遭受这些影响的众多生态系统之一。
该研究的主要作者是安·阿夫肯，她是VIMS副教授佳博体育的博士生，也是该研究的合著者BK Song。其他合著者是斯克里普斯海洋学研究所的杰夫·鲍曼和北卡罗来纳大学的迈克尔·皮耶勒。
“大多数关于牡蛎反硝化的研究都集中在牡蛎礁内部和周围的沉积物上，”Arfken说。“我们是第一个探索生活在牡蛎内部和表面的微生物群反硝化能力的人。”“微生物群”是栖息在每一种生物中的微生物群落，从栖息在睫毛中的螨虫到栖息在番茄根中的细菌。
该研究结果对通过牡蛎恢复来降低沿海水域营养水平的努力具有重要意义。宋说：“我们发现牡蛎壳含有独特的微生物群落，它们比沉积物具有更高的反硝化活性。”“因此，在牡蛎恢复项目开始时减少营养是可能的，因为贝壳微生物群正在积极地去除固定氮。”
财政和后勤方面的挑战
最近的研究表明，微生物组在生物体的生理和生态中起着关键作用，但是，Song说，“探索微生物组的基因组成和功能之间的联系长期以来一直是一个挑战。”
这一挑战既有财政方面的，也有后勤方面的。宋说：“研究一个有机体的整个基因组成——它的基因组——是非常昂贵的，而且可能不适用于微生物贡献低的样本。”“因此，许多研究依赖于核糖体RNA基因的扩增子测序来识别微生物分类群。”这种方法成本较低，但对与不同微生物群相关的代谢途径的了解有限——在这种情况下，它们是否拥有反硝化所需的基因。
为了应对这些挑战，该团队采用了鲍曼开发的一项新技术。它被称为“PAPRICA”——即系统发育定位途径预测——它允许研究人员从与核糖体小亚基16s rRNA相关的基因序列中推断代谢途径。
宋说：“我们将定制的基因组数据库与PAPRICA项目结合起来，在与牡蛎内脏、贝壳和珊瑚礁沉积物相关的微生物群中识别携带反硝化基因的细菌。”他解释说：“这有点像通过比较胃病的数量和消化牛奶所需的基因来区分不同的人群。”
研究小组随后测量了装有活牡蛎、牡蛎壳或在牡蛎礁附近收集的沉积物的房间里的反硝化率，发现装有活牡蛎和牡蛎壳的房间里的反硝化率要高得多。当他们将这些速率与三种微生物组中反硝化基因的丰度进行比较时，他们发现高反硝化速率与一个名为nosZI的基因序列之间存在很强的相关性。
Arfken说：“我们发现携带nosZI基因的细菌是重要的反硝化菌，可以促进牡蛎礁中的氮去除。”
然而，研究人员警告说，还需要更多的研究。“当我们根据细菌基因组中某个基因的存在来推断反硝化作用和其他代谢过程时，我们必须非常小心，”Arfken说。“这些过程通常非常复杂，需要几个不同基因的协调表达。此外，许多生物可能携带基因但不表达它，”她说，最后一个挑战是，“许多细菌仍未分类，或已确定的基因组要么不完整，要么质量低。”
但研究人员仍持乐观态度。宋说：“我们很高兴能进行更多的研究，以进一步验证基于基因的代谢推断作为评估微生物群代谢潜力的可靠方法的使用。”
