细胞微室是在细菌中广泛存在的由蛋白质外壳包裹着酶核心的多面体“类细胞器”。申请人前期研究建立了首个阿斯加德古菌功能基因库，并发现阿斯加德古菌基因组中存在细胞微室的基因簇。这暗示阿斯加德古菌可能具有与细菌细胞微室类似的细胞器，但国际上目前尚未有相关报道。因此，亟待开展针对阿斯加德古菌中细胞微室基因簇编码的蛋白功能鉴定研究。本项目拟以阿斯加德古菌细胞微室参与磷酸核糖分解代谢的机制为科学问题，从分析阿斯加德古菌细胞微室基因簇组成结构，解析阿斯加德古菌代谢体壳蛋白的组装机制，探究阿斯加德古菌代谢体中核心代谢基因的代谢途径，揭示阿斯加德古菌通过细胞微室代谢体进行分解代谢的机制等研究内容入手，开展分子生物学、细胞生物学、生物化学和生物信息学等多学科交叉研究，拓展对原核生物细胞微室多样性和功能的认知，为阿斯加德古菌分解代谢和能量获取方式提供新见解，也为探讨阿斯加德古菌与真核生物起源的关系提供崭新切入点。

滨海湿地是连接海陆环境、微生物多样性高度复杂的特殊生态系统。湿地微生物可通过底物代谢、电子传递等方式相互耦合，协同驱动碳氮硫等元素的生物地球化学循环。然而，微生物在不同时空尺度下如何耦合并驱动元素循环的机制尚未清楚。本项目基于前期所积累的不同时空条件下大量的滨海湿地宏基因组和宏转录组数据及相应的环境参数，提出采用多组学数据驱动的研究思路，从微生物组及其转录活性的角度，利用本团队开发的创新性方法tmap，将多组学数据和环境参数相结合，以“微生物协同作用形成活性功能模块，共同驱动碳氮硫元素循环”为科学假设，建立滨海湿地的“物种–功能–元素”微生物组拓扑学分析框架，从微生物组活性功能模块的角度研究滨海湿地碳氮硫元素循环的耦合机制。研究成果有助于为深入理解水圈微生物碳氮硫循环的耦合机制提供创新性视角，有效推动数据驱动的水圈微生物组研究模式。

海洋自由生活线虫是分布最广泛、数量最丰富、多样性最高的后生动物类群，其摄食和生物扰动活动可影响海洋生态系统中氮等元素循环。在海洋氮循环中，反硝化和厌氧氨氧化是将氮从海洋环境中去除的重要步骤，是缓解全球海洋无机氮污染问题的关键过程。沉积物中由微生物和小型底栖动物组成的“微食物网”对近海生态系统中可用有机物质的消耗率高达70%，然而，它们的内部相互作用机制对氮循环的影响却尚未清楚。本项目拟从深圳湾海域采集样品，在室内建立微生态培养体系，以海洋线虫、反硝化和厌氧氨氧化相关微生物为研究对象，从分子生物学角度分析海洋线虫和微生物间的相互作用关系，结合多通道原位微电极技术分析生态系统中氮通量变化，探讨海洋线虫在海洋反硝化和厌氧氨氧化过程中所扮演的角色，揭示海洋线虫活动在海洋氮循环中不可忽视的重要作用。研究结果可以丰富人们对海洋线虫生态功能的科学认识，为评估海洋线虫在海洋氮循环中的作用提供科学依据。