南非铂矿尾砂宏基因组组装基因组揭示污染物降解与生态修复微生物资源

本研究通过宏基因组学技术(Metagenomics)从南非铂矿尾砂及非矿区土壤中成功组装出84个高质量宏基因组组装基因组(MAGs)，揭示了以变形菌门(Proteobacteria)为主的微生物多样性，并深入探讨了其在污染物降解、资源回收及矿区生态修复中的潜在功能与应用价值，为可持续矿业发展提供了重要的微生物遗传资源与理论依据。

　　

ABSTRACT

本研究从南非铂矿尾砂及非矿区土壤中成功组装出84个宏基因组组装基因组（MAGs）。分析结果显示，这些基因组主要属于变形菌门（Proteobacteria），具有高度多样性。该研究为理解污染物降解机制、资源回收潜力以及矿区生态修复策略提供了重要依据。

ANNOUNCEMENT

南非的采矿业依托丰富的铂、金、煤和钻石资源，但采矿活动也带来了有毒金属污染、土壤再生抑制以及微生物生存挑战。由于许多土壤微生物难以培养，宏基因组学成为揭示其多样性与功能的关键技术，为生物修复、金属回收和可持续采矿策略提供了科学基础。

本研究在两个铂矿尾矿坝采集了样本，分别位于西北省Rustenburg西北30公里处（B样本）和林波波省Thabazimbi以南30公里处（N样本）。使用无菌技术从每个尾矿坝表层（10–15厘米深）采集尾砂样本，并同时从非矿区采集土壤样本（BC、NC）。采用DNeasy PowerSoil kit提取基因组DNA，并通过Agilent 5400片段分析仪验证样本完整性。后续步骤包括DNA打断、末端修复、加A尾、接头连接、PCR扩增、大小选择和纯化。使用NEBNext Ultra II文库制备试剂盒构建文库，经Qubit、qPCR和生物分析仪定量后， pooling并在Illumina MiSeq PE 250 bp平台上由Novogene（新加坡）进行测序。

宏基因组测序在所有样本中共产生181,695,000条双端读段（每个样本读段数范围：18,914,000–27,873,000）。使用Trimmomatic v0.39去除低质量读段和接头。清洁读段通过Kraken2 v2.1.1和Bracken v2.6.2进行物种分类，结果显示主要类群为细菌，古菌、真核生物和病毒占比较小。质量过滤后的读段通过metaSPAdes v3.15.3进行组装，≥1,000 bp的contig使用MaxBin v2.0、metaBAT2 v2.8和CONCOCT v1.0.07进行分箱，并通过MetaWRAP v1.3.2进行优化。CheckM v1.2.218评估MAGs的完整度，所有MAGs均达到≥50%完整度和≤10%污染度，其中42个MAGs具有高完整度（≥80%）。保留的bins通过GTDB-tk v1.749进行系统基因组分析和分类学分配，并通过DRAM v0.1.2进行功能注释。

恢复的MAGs涵盖15个细菌纲和48个属，而基于读段的分析涵盖13个细菌纲和67个属。两种分析均显示假单胞菌属（Pseudomonas）具有较高丰度，反映了其污染物降解能力。

TABLE 1

表格详细列出了从铂矿尾砂和土壤样本中获得的MAGs特征及登录号，包括MAG名称、GTDB-Tk分类、大小（Mbp）、contig数量、N50（Mbp）、GC含量（%）、编码序列（CDS）数量、完整度/污染度（%）以及NCBI SRA和GenBank登录号。样本覆盖多个细菌门类，如放线菌门（Actinobacteriota）、酸杆菌门（Acidobacteriota）、变形菌门（Proteobacteria）等，显示出丰富的微生物多样性。

ACKNOWLEDGMENTS

作者感谢南非国家研究基金会（National Research Foundation）对本研究的资金支持。