东热带北太平洋缺氧最小区的微生物群落宏基因组学研究揭示了沿生物地球化学梯度的功能差异

《Environmental Microbiology》：Microbial Community Metagenomics in the Eastern Tropical North Pacific Oxygen Minimum Zone Reveals Functional Differences Along Biogeochemical Gradients

缺氧最小区（OMZs）中的微生物代谢差异研究通过元基因组测序分析，发现不同区域（如初级和次级亚硝酸盐高峰区PNM/SNM、次级叶绿素高峰区SCM及OMZ上界）存在显著基因功能差异：PNM中光合作用相关基因富集，SCM/SNM中碳固定、厌氧氮循环及有机硫循环基因增强。OMZ上界样本含多类群脱硫弧菌和红螺菌科，参与碳水化合物及氨基酸代谢及好氧异养光合作用。

　　

摘要

氧最小值区（OMZs）是海洋中至关重要的区域，其特征是溶解氧浓度（[DO]）较低。然而，OMZs内部的生物地球化学变化——无论是横向还是随深度的变化——可能会选择出对海洋生物地球化学过程至关重要的不同微生物代谢类型。我们利用宏基因组测序技术，针对具有生物地球化学意义的特征（包括一级和二级亚硝酸盐最大值（PNM和SNM）、二级叶绿素最大值（SCM）以及OMZ的上缘（定义为20 μM [DO]）来研究这些潜在的差异。基于读段的分析发现了5389个功能基因的差异，但在多个站点中，SCM和SNM的宏基因组显示出高度相似性。有690个基因在不同特征之间存在显著差异，其中涉及光合作用的关键功能基因在PNM中更为丰富，而碳固定、厌氧氮循环和有机硫循环相关的基因在SCM和SNM中有所增加。从OMZ上缘样本中组装的宏基因组包含多种黄杆菌科（Flavobacteriaceae）和红细菌科（Rhodobacteraceae）菌株，这些菌株的注释功能表明它们参与碳水化合物和氨基酸的代谢，以及红细菌科中的好氧无氧光合作用。我们的研究结果确定了在SCM和SNM中富集的功能基因和代谢途径，同时也展示了海洋最大氧最小值区上层水柱中功能能力的显著变化。

图形摘要

氧最小值区（OMZs）是海洋中的关键区域，其横向和深度变化都可能影响微生物的生物地球化学循环。我们通过针对已知或预期具有生物地球化学重要性的特定特征进行宏基因组测序，从而揭示了该区域功能能力的显著变化。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可在NCBI公开获取，网址为：https://www.ncbi.nlm.nih.gov/bioproject/，参考编号为PRJNA634212。