海绵是原始的低等多细胞动物,广泛栖息于热带、温带及极地海域,是海洋生态系统的重要组成部分。结构复杂且丰度较高的微生物群落共生于海绵组织中,被认为是驱动海洋氮碳元素循环的重要参与者之一。但目前对于海绵共生体中活跃的氮碳循环功能微生物群落的结构组成和活跃状态所知甚少。鉴于海绵共生微生物种群复杂和难分离培养的特点,利用不依赖于培养的分子生物学技术揭示海绵共生微生物中转录的氮碳循环功能基因,将有助于阐述海绵中活跃功能群落的特征和生态学功能,对于揭示微生物与海绵的共生和适应性机制具有重要意义。在转录组水平对16S rRNA和功能基因进行克隆分析揭示了中国南海模式海绵Theonella swinhoei中活跃的古菌和细菌群落,特别是硝化类群的结构组成和转录活性。研究发现,T.swinhoei中的硝化群落由NH3氧化古菌Nitrosopumilus类群和NO2-氧化细菌Nitrospira类群构成,同时Nitrosopumilus amoA序列的转录丰度高于Nitrospira nxrB序列。分析和比较相同海域海绵T.swinhoei、Plakortis simplex、Phakellia fusca及环境海水中转录的NH3消耗微生物功能基因发现,NH3氧化基因amoA属于古菌Thuamarchaeota类群,而NH3同化基因glnA则属于细菌Cyanobacteria、Tectomicrobia、Poribacteria和Proteobacteria类群。活跃NH3氧化菌和NH3同化菌的群落结构在不同种类的海绵之间及海绵和海水之间存在显著差异。同时定量分析发现,不同海绵中转录的古菌amoA和细菌glnA序列丰度存在差异且高于在环境海水中的丰度。这些发现显示,活跃的NH3消耗微生物功能群落的结构组成和多样性可能受海绵种类和生境来源（海绵或海水）的影响。此外,在转录水平进行16S rRNA焦磷酸测序和功能基因分析揭示了海绵T.swinhoei、P.simplex、P.fusca和环境海水中活跃的细菌群落,特别是CO2同化和CO氧化细菌群落的结构组成和多样性。研究显示,活跃细菌群落的结构组成和多样性在不同种类海绵中存在显著差异,且区别于环境海水中的群落。在海绵和海水中,一些细菌类群可以通过还原性戊糖磷酸途径和生物素羧化反应途径参与CO2同化过程;还有一些细菌类群能够驱动需氧型CO脱氢酶介导CO氧化反应。活跃的CO2同化或CO氧化细菌群落结构受海绵宿主种类的影响显著,并且与海水中的群落组成明显不同。该发现表明,宿主海绵的种类以及生境（海绵或海水）可能是影响活跃CO2同化或CO氧化细菌群落的结构组成和多样性的因素之一。本研究揭示了海绵种类和生境来源对活跃的氮碳循环功能群落的结构组成、多样性和转录活性等特征的影响,推测出海绵中某些生态学功能可能是由种类不同但功能等价的微生物群落驱动完成。该研究将进一步增强对海绵未培养微生物群落的结构特征、活跃状态和生态学功能的认识,加深对海绵–微生物共生机制的了解。