近日，国际综合期刊Nature Communications在线发表了中国科学院海洋研究所海洋微生物生命过程及应用潜力研究组的最新研究成果。该研究通过多组学分析与定向培养技术，首次系统揭示了深海PVC（Planctomycetota-Verrucomicrobiota-Chlamydiota）超门细菌在昆布多糖降解中的关键作用，为理解深海复杂有机物的循环利用提供了全新视角，也为深海难培养微生物的分离培养开辟了新途径。

深海沉积物中含有大量以蛋白质、多糖、核酸和脂质等形式存在的复杂有机物，支撑着丰富的异养微生物群落生长繁殖。其中，昆布多糖作为全球最丰富的多糖之一，约占海洋颗粒有机碳的26%，是海洋微生物的重要碳源。然而，长期以来，人们对深海微生物降解昆布多糖的能力认知有限，研究焦点主要集中于拟杆菌门等特定类群，而PVC超门细菌在这一过程中的作用几乎被忽视。

图1 深海微生物MAGs的样本位点与系统发育分析

图2 深海PVC超门可培养菌株的分离、形态特征与系统发育分析

孙超岷课题组通过对南海冷泉、热液及海山等7个深海位点的沉积物样本进行16S rRNA扩增子测序、宏基因组学和宏转录组学分析，揭示了深海原核生物群落在时空上的高度异质性，并发现其广泛具备复杂有机物代谢的遗传潜力。尤其值得注意的是，PVC超门细菌展现出突出的多糖降解能力。基于这一发现，研究团队以昆布多糖为唯一碳源进行定向富集培养，成功从深海冷泉沉积物中分离出两个代表性菌株——隶属于浮霉状菌门的Poriferisphaera sp. WC338和隶属于黏胶球形菌门的Lentisphaerota sp. WC36。系统发育分析表明，WC338代表浮霉状菌门下的一个新种，而WC36则可能代表黏胶球形菌门目下的一个新科，极大拓展了人们对这些类群的认识。

图3 深海PVC超门菌株WC338和WC36的生长严格依赖于昆布多糖

图4 昆布多糖促进了深海沉积物中PVC超门细菌的分离与培养

生长实验证实，两株菌的生长均严格依赖昆布多糖，在昆布多糖为唯一碳源的培养基中5至6天达到稳定期，并伴随昆布多糖含量从100%分别降至55.7%（WC338）和66.5%（WC36）。而葡萄糖、N-乙酰葡萄糖胺、酵母提取物或蛋白胨等常见碳源均无法支持其生长。这种对昆布多糖的严格营养依赖性，表明这些深海PVC细菌拥有高度特化的代谢通路以适应深海碳循环中的特定生态位。为解析PVC细菌降解昆布多糖的分子机制，研究团队对两株菌进行了基因组和转录组分析。WC338基因组编码了丰富的糖苷水解酶，其中GH16和GH13在昆布多糖诱导下显著上调；同时，糖转运蛋白及鞭毛运动相关基因也呈高表达状态，提示WC338可能通过趋化运动主动捕获昆布多糖。值得注意的是，WC36虽缺乏GH16和GH13，但GH2家族基因在昆布多糖诱导下显著上调。GH2酶已知可水解β-1,4糖苷键——这是昆布多糖中少量存在的连接方式，提示WC36可能采用一条此前未被报道的、依赖GH2的昆布多糖降解通路。两株菌采用了截然不同的降解策略，揭示了深海PVC超门细菌在碳代谢上的代谢可塑性及环境适应特异性。

研究团队进一步对NCBI数据库中PVC超门细菌基因组进行系统调查，发现编码GH16和GH2的基因在PVC超门中广泛分布，尤其在全球各地海洋分离株中高度保守。这表明昆布多糖降解能力是PVC超门细菌的一个普遍特征，也凸显了该类群在海洋碳循环中长期被低估的重要角色。更有意义的是，研究证实昆布多糖可作为选择性底物，有效富集并分离来自冷泉、热液和海山等多种深海环境的PVC细菌。除WC338和WC36外，研究团队还利用该方法从热液和海山沉积物中分别分离获得了浮霉状菌门菌株WC47和黏胶球形菌门菌株WC29。这一策略的成功应用也为攻克深海难培养微生物的分离难题提供了有力工具。

本研究首次从多组学、培养验证与分子机制三个层面，系统揭示了深海PVC超门细菌通过昆布多糖降解参与深海碳循环的适应机制，拓展了人们对深海微生物碳代谢多样性的认知，也为理解深海冷泉、热液等生态系统中碳循环的微生物驱动机制提供了新的分子证据。该成果进一步印证了“深海并非代谢孤岛”的观点，凸显了深海微生物在元素生物地球化学循环中的主动调控角色。“科学号”科考船在整个研究过程中，无论是样品采集还是深海原位环境参数测定方面都发挥了重要作用。

中国科学院海洋研究所副研究员郑日宽为第一作者，孙超岷研究员为通讯作者。研究得到了山东省重点研发计划等项目资助。

论文信息：

Rikuan Zheng, Chong Wang, Chaomin Sun*. Multi-omics and cultivation reveal laminarin-degrading PVC bacteria in the deep sea. Nature Communications, 2026. doi: 10.1038/s41467-026-76253-5.

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41467-026-76253-5