最大规模海洋微生物基因和蛋白质组测定

　　

微生物的种类浩若繁星，单纯统计细菌，仅1g土壤里就含300万个。毫不夸张地说微生物主宰地球。与陆地的情况类似，在海洋中它们支撑了整个海洋食物网。最近《Nature Microbiology》杂志发表了一份报告，来自Hawai'i at Mānoa大学（UHM）的海洋学教授Ed DeLong和他的团队完成了迄今为止最大规模的单基因位点（single-site）微生物基因目录。有了这些新数据，研究小组发现营养限制是海洋微生物基因组进化的中心驱动力。

（UHM的科考船和浮标标志。图片来源：网络）

海洋微生物群在代谢能力方面极具多样化，多样化来自它们的编码基因。一些能利用光能将二氧化碳转化为有机物，有些则利用有机物作为能量和碳源生产二氧化碳，总之，它们的能量代谢手段是五花八门。

“一勺海水中大约有100万个细胞，如何表征一勺水中所有生物体的不同习性和功能？”文章通讯作者DeLong不禁问。“编辑覆盖面更广的海洋微生物基因目录是我们所面临的一项挑战。”

研究团队参与了“夏威夷海洋时间序列项目（Hawai'i Ocean Time-series Program）”，他们持续在ALOHA站收集海水样本做基因组测序已经超过2年。

（投放样本收集瓶，它们会在特定的深度自动关闭。图片来源：网络）

在阳光照射层下，研究小组观察到微生物群落的急剧变化。根据文章报道，250-650英尺（大于75-200米）水域之间，微生物基因组和蛋白质基本特性变化剧烈。

“浅层水域，微生物基因组普遍较小，蛋白质的含氮量也较少，”文章第一作者、UHM海洋与地球科技学院博后Daniel Mende说。“400-500英尺的深层水域，微生物基因组开始变大，蛋白质中含有更多氮。这一现象复合‘深度增加，环境氮可用性随之增加’的逻辑。”

（项目成员Tara Clemente正在转移收集瓶内海水样本。图片来源：网络）

这些结果表明，环境中营养物质的有效性可能是塑造野外微生物基因组和蛋白质组进化的原因。“另一个令人惊讶的发现是微生物的基因组过渡区竟然如此之窄。200米以下直到海底，微生物基因组和蛋白质的情况都相对稳定。”

不同微生物基因组的核心特征（如GC含量和基因组大小等）存在很大不同。解释基因组差异的理由众说纷纭，意见不一。目前为止，人们仍然没有找到驱动细菌和古细菌基因组特性形状差异的基本程序。

这篇文章为“营养限制为核心”的基因组和蛋白质组演化提供了数据支持。

（注：恶搞图片与文章无关，插画来自美国女画家Allie Brosh)

原文标题：Environmental drivers of a microbial genomic transition zone in the ocean’s interior

索取安诺优达单细胞多组学研究解决方案请填写联系方式