橡树岭国家实验室地下微生物组揭示污染胁迫下的代谢适应机制与生态功能

本研究通过宏基因组测序技术（metagenomics）解析了橡树岭国家实验室（ORNL）污染场址地下微生物群落的结构与功能，揭示了重金属/硝酸盐/放射性核素污染对沉积物-地下水微生物互作的影响，为地下生物地球化学循环（biogeochemical cycling）和原位生物修复提供了分子层面的新见解。

　　

ABSTRACT
研究团队报道了来自美国橡树岭国家实验室（ORNL）场址的26个沉积物和9个地下水宏基因组数据集。样本采集涵盖不同深度（91.44-457.20 cm bgs）和相态（附着态vs浮游态），重点解析了污染胁迫下微生物代谢网络、群落结构差异及其环境驱动因子。特别关注了重金属（如铀）、硝酸盐和放射性核素污染对微生物生态功能的影响。

ANNOUNCEMENT
陆地地下系统作为地球生物地球化学循环的关键区域，其微生物群落的功能认知仍存在巨大空白。研究采用改良的PowerMax Soil试剂盒提取DNA，通过降低珠磨强度减少DNA片段化。测序使用Illumina HiSeq4000平台（2×150 bp），经BBTools过滤phiX174污染后，采用SPAdes v3.15.4进行共组装（co-assembly），使N50值提升1.7-2倍。

样本策略体现多维设计：

1. 沉积物：来自EB106/EB271钻孔的22.86 cm岩芯，按水文带分层（包气带vadose zone-变饱和带variably saturated zone-饱和带saturated zone）
2. 地下水：毗邻钻孔的监测井（FW106/FW115-24/GW271），采用0.1-0.2 μm PES滤膜分级过滤
3. 质控：设置提取阴性对照和试剂水对照

关键发现包括：

• 污染梯度显著影响微生物α多样性，EB271钻孔（近污染源）的代谢通路富集重金属抗性基因（如czcA、nreB）
• 包气带微生物以好氧甲烷氧化菌（Methylococcaceae）为主，饱和带则富集硫酸盐还原菌（Desulfobacterota）
• 地下水浮游群落与沉积物附着群落存在功能分化，前者具有更高的水平基因转移（HGT）信号

ACKNOWLEDGMENTS
研究由美国能源部支持（DE-AC02-05CH11231），依托ENIGMA项目开展。技术亮点包括：

1. 原位过滤系统减少样品氧化
2. 改良DNA提取方案提升低生物量样本得率
3. 多尺度组装策略解析菌株水平变异

该数据集为理解极端环境微生物适应性进化提供了重要资源，尤其对核废料处置场的生物屏障设计具有参考价值。