韩国最大淡水水库昭阳湖微生物宏基因组数据集揭示淡水生态系统微生物群落动态

本研究针对淡水生态系统微生物群落生态功能认知不足的问题，通过宏基因组测序技术分析了韩国昭阳湖28个水样（2014-2015年和2019年两阶段采集）的微生物组成。研究发现Nanopelagiaceae（放线菌）、Pelagibacteraceae（α-变形菌）和Burkholderiaceae（γ-变形菌）为优势菌群，揭示了季节性分层对微生物分布的影响。该9.3-21.8 Gbp的高质量数据集为淡水微生物生态学研究提供了重要资源，论文发表于《Scientific Data》。

　　

淡水生态系统作为全球生物地球化学循环的关键载体，其微生物群落通过介导碳、氮、磷等元素的转化过程，深刻影响着地球物质循环。然而，由于淡水环境微生物的不可培养性和生态复杂性，学界对其功能机制的认知仍存在显著空白。韩国昭阳湖作为该国最大的人工淡水水库（最大深度118米），具有典型的温带单循环湖特征，其季节性翻转和季风降雨驱动的营养盐输送，为研究环境因子与微生物群落的互作提供了理想模型。

仁荷大学（Inha University）生物科学与生物工程系的研究团队通过多年度采样策略，结合高通量测序技术，构建了该湖泊迄今最全面的微生物宏基因组图谱。研究采用Illumina HiSeq 2500（2014-2015年）和NovaSeq（2019年）双平台测序，获得28个样本总计超过400 Gbp的数据量，通过GTDB数据库（R207版）进行物种注释，揭示了优势菌群的垂直分布规律与季节动态特征。

关键技术方法包括：1）分层采样设计（1-90米五个深度梯度）；2）双阶段采样策略（2014-2015年8样本+2019年20样本）；3）Illumina双平台测序（HiSeq 250PE和NovaSeq 150PE）；4）基于Kraken2的GTDB分类学分析；5）配套水体理化参数测定（YSI 556 MPS多参数系统）。

Background & Summary
研究团队通过对比两个采样周期（2014-2015年与2019年）的数据，发现昭阳湖微生物群落呈现显著的垂直分层特征。深度50米以下的缺氧区富集Nanopelagiaceae放线菌（相对丰度最高达18.7%），而表层水体以Pelagibacteraceae（12.3%）和Burkholderiaceae（9.8%）为主。这种分布模式与水温（4.8-29.1°C）、溶解氧（0.7-10.5 mg/L）等参数的垂直梯度高度相关。

Methods
采样方案设计尤为突出：2019年新增10米、20米和40米中间层采样，首次揭示了温跃层（thermocline）微生物的过渡特征。DNA提取采用两种方案（Qiagen DNeasy Blood & Tissue Kit和PowerSoil Pro Kit），比较验证显示提取方法对分类结果影响可忽略（p>0.05）。

Data Records
数据集通过欧洲核苷酸档案库（PRJEB27578）和GenBank（PRJNA1087105）双平台发布，包含28个样本的原始测序数据和质量控制报告。配套的理化参数表显示，2019年4月表层水体的磷酸盐浓度异常升高至6.27 mg/L PO₄^3-，对应观察到Chloroflexi门微生物的短暂增殖。

Technical Validation
质量控制措施包括：采样器具的10% HCl预处理、现场参数即时测定、同批次试剂使用等。测序数据Q30比例普遍高于92.7%（NovaSeq平台），HiSeq数据虽略低（Q30 68.9-76.9%），但经BBduk过滤后均满足分析要求。

该研究建立的时空多维数据集，为解析淡水微生物的生态位分化提供了重要线索。特别值得注意的是，90米深水层在冬季出现的超高细胞密度（3.44×10⁶ cells/mL）与低溶解氧（0.7 mg/L）的耦合现象，暗示了厌氧微生物的特殊适应机制。这些发现不仅丰富了淡水微生物资源库，也为气候变化背景下水库生态系统的功能预测提供了基线数据。论文作者特别指出，后续研究可结合代谢组学技术，深入挖掘已发现的acI放线菌（Actinobacteria）等关键类群的生态功能基因。