华东师范大学地理科学学院刘敏教授、韩平研究员和史贵涛教授研究团队综合同位素地球化学、分子微生物学、宏基因组和比较基因组学等多学科手段，揭示了南极近岸区域陆地系统硝酸盐的主要来源，解析了微生物驱动的氮循环过程；首次发现了南极极端生境中B型全程硝化菌（Comammox Nitrospira clade B）是主要的硝化过程驱动者，并阐释了其在低温和寡营养等极端环境中的生存策略。相关研究成果《Unveiling unique microbial nitrogen cycling and nitrification driver in coastal Antarctica》于2024年4月12日以全文形式发表于《Nature Communications》。
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https://www.nature.com/articles/s41467-024-47392-4
南极沿海地区氮循环功能基因定量图
南极大陆远离源于人类活动的活性氮输入，加之低温、寡营养等极端生境条件，使得该地区中的氮循环微生物具有独特的群落特征、生态响应和和代谢机制。本研究以东南极第二大无冰区拉斯曼丘陵为典型研究区，并对比南维多利亚地区的难言岛，对氮素来源和氮循环的固氮、硝化、反硝化等微生物过程进行了定量分析。
刘敏教授和韩平研究员指导团队研究生（左一为唐修峰博士生）
通过稳定同位素分析，发现南极近岸陆地系统土壤和湖泊沉积物中硝酸盐氮主要源于微生物硝化过程。结合宏基因组大数据和比较基因组分析，首次发现B型全程硝化菌（Comammox Clade B）是主导的硝化微生物类群；并揭示了其生存策略包括合成海藻糖应对低温、极高的底物亲和力以及替代能源代谢途径适应寡营养生存环境。此外，进一步通过13C-DNA-SIP技术确定了Comammox的自养硝化活性。
比较基因组分析揭示南极B型comammox能量产生机制和生存策略
此项研究是对南极氮素循环和硝化微生物过程的新认识，在《Nature Communications》同期配发的“News & Comment”中也作为重点成果予以推荐。该题为“All-inclusive nitrifiers in Antarctic soils”的Comment评价本研究工作“运用了同位素、理化分析、先进的基因组分析、氮功能基因定量分析和微生态培养实验等多学科交叉手段，解析了极端、寡营养的南极沿岸地区独特的微生物氮循环过程，并揭示了先前未被发现的氮循环功能微生物-包括首次发现南极环境中Comammox在硝化过程中起重要作用。”
史贵涛教授团队成员在南极（从左分别为王丹赫博士、史贵涛教授和李喆博士生）
刘敏教授团队部分成员（从左三分别为刘敏教授和韩平研究员）
华东师大地理科学学院韩平研究员为本论文第一作者，刘敏教授和史贵涛教授为论文通讯作者，主要参与人有博士研究生唐修峰，论文作者还包括自然资源部第三海洋研究所董西洋教授、华东师范大学河口海岸研究院侯立军教授、地理科学学院研究生王丹赫、李喆和赵茜、以及荷兰Radboud 大学Hanna Koch博士和Sebastian Lücker教授。该研究得到了国家自然科学基金和中央高校建设经费的资助，同时也得到了中国南极考察队（CHINARE）在南极环境观测和样品采集等方面的支持。
相关文献：
Han P, Tang X, Koch H, Dong X, Hou L, Wang D, Zhao Q, Li Z, Liu M*, Lücker S, Shi G*. Unveiling unique microbial nitrogen cycling and nitrification driver in coastal Antarctica. Nature Communications. 2024, 15(1):3143. https://rdcu.be/dEUTd
Ortiz M. All-inclusive nitrifiers in Antarctic soils. Nature Communications, 2024, 15(1): 3144.https://rdcu.be/dEUS5
