2026年7月，深圳大学高等研究院刘杨教授团队联合中国科学院微生物研究所、南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）、厦门大学等单位，在《Cell Reports》发表题为“A deep-sea rare bacterium exhibits extraordinary metabolic versatility”的研究论文。该研究从西北印度洋4213米深海海水样品中成功分离出一株稀有细菌，并将其命名为新种Metabolovarius oceani D14^T，同时建立新科Metabolovariaceae fam. nov.。这是全球广泛分布但长期未被培养的候选科NORP267的首个培养代表。广州海洋实验室李之萌博士、深圳大学博士研究生池柏慧、厦门大学阮楚晋副教授为论文的共同第一作者，广州海洋实验室戴欣副研究员、黄力研究员和深圳大学刘杨教授为共同通讯作者，广州海洋实验室董励勤、郑甜儿和黄军凯、中国科学院微生物研究所宋磊、李昂、王丽、黄英、郑小伟、杜文斌、董志扬、深圳大学杜欢为论文共同作者。

微生物群落中，大量物种长期以极低丰度存在，这类微生物被统称为“稀有生物圈（Rare Biosphere）”。尽管数量有限，越来越多的研究表明，它们在维持生态系统稳定性以及驱动碳、氮、硫等生物地球化学循环过程中发挥着不可忽视的作用。然而，由于绝大多数稀有微生物始终难以获得纯培养，其生理特性、代谢机制和生态功能长期以来主要依赖宏基因组数据进行推测，缺乏直接的实验验证。本研究以西北印度洋4213米深海海水样品为研究对象，采用流式细胞分选结合单细胞高通量培养技术，成功分离获得一株生长极其缓慢的新型深海细菌D14^T。系统发育分析表明，该菌隶属于候选菌群NORP267。此前，该类群仅通过宏基因组组装基因组（MAGs）被发现，始终缺乏纯培养代表。研究团队结合系统分类学、基因组学及生理生化特征分析，建立了新的细菌科Metabolovariaceae，并命名其模式种为Metabolovarius oceani。这是全球首次获得该类群的纯培养菌株，为深入研究这一长期未知的微生物类群提供了重要研究材料。

基因组分析结果显示，D14^T具有极为丰富的代谢潜力，其基因组编码了完整的二氧化碳固定（Calvin–Benson–Bassham循环）、反硝化、硫代硫酸盐氧化以及聚羟基脂肪酸（PHA）合成等多条关键代谢通路，同时能够利用多种有机碳源生长。为验证这些代谢能力，研究团队进一步开展了稳定同位素标记、电子显微镜观察以及生理培养等实验。结果表明，该菌不仅能够在好氧条件下以硫代硫酸盐作为电子供体驱动二氧化碳固定，实现自养生长，还能够在厌氧条件下利用硫代硫酸盐驱动硝酸盐还原，表现出硫驱动自养反硝化能力。此外，在富碳条件下，菌体内可形成聚羟基脂肪酸颗粒，说明其具备储存和调节碳源的能力。这种兼具自养与异养、好氧与厌氧等多种代谢方式的特点，展现了其高度灵活的代谢策略，也使其成为目前已知代谢能力极为丰富的稀有细菌之一。

研究团队还进一步分析了Metabolovariaceae在全球不同生态环境中的分布特征。基于全球宏基因组数据库统计结果发现，该类群广泛分布于海洋、淡水、土壤、地下水、生物膜以及污水处理系统等多种生态环境，覆盖从极地到热带的广阔区域。然而，其在约80%的样品中相对丰度均低于0.1%，符合稀有生物圈成员的典型特征，仅在部分活性污泥和生物膜样品中相对丰度有所升高。这说明，该类群虽然具有广泛的地理分布，却始终维持较低的丰度，是典型的全球广布型稀有微生物。未来，围绕Metabolovariaceae的环境活性、群体动态和代谢调控开展深入研究，将有助于更全面理解稀有微生物在深海生态系统和工程系统中的功能价值。

该研究得到国家自然科学基金、南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）PI 项目、中国科学院战略性先导科技专项、中国大洋矿产资源研究开发协会项目以及深圳市自然科学基金基础研究面上项目等支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2026.117671

图 1. 研究团队利用单细胞分选和高通量培养从深海样品中分离获得 Metabolovarius oceani D14^T，并揭示其碳固定、硫代硫酸盐氧化和硝酸盐还原等代谢能力及全球低丰度分布特征。