通过氧化还原分层进行的巨分子降解有助于微生物在营养贫瘠的克马德克海沟沉积物中存活

《Nature Communications》：Redox-stratified macromolecule degradation supports microbial survival in the oligotrophic Kermadec Trench sediments

　　

摘要

凯尔马德克海沟是位于南太平洋的一个深海生态系统，其水深达到10,047米。尽管海沟表层的沉积物处于极高的压力环境下，营养匮乏且氧气浓度极低，但海沟底部却存在着一个活跃且物种数量众多的微生物群落。研究这些微生物的适应策略既令人着迷，也极具技术挑战性。在这里，我们借助“奋进号”载人潜水器对沉积物样本进行了原位RNA固定处理，以从基因组学和转录组学的角度了解微生物代谢的自然状态。我们重建了1369个宏基因组（MAGs），发现其中以异养微生物为主，这些微生物编码能够降解复杂大分子（如肽聚糖和β-1,4-甘露聚糖）的酶。这些降解过程通过灵活的呼吸途径实现，这些途径可以利用氧气、硝酸盐和亚硝酸盐作为电子受体。共表达分析和微生物共现网络表明，微生物群落的存在受到氧化还原分层的驱动：斜坡区域的微生物更倾向于利用氧化途径，而底部区域的微生物则更多地依赖还原代谢过程，包括反硝化和N?O还原。尽管两个栖息地在微生物组成上存在差异，但它们都展现出以大分子再循环和氧化还原耦合呼吸为核心的保守功能策略。我们的研究结果揭示了一个协调有序的有机物质再矿化及电子受体多样化的系统，这正是地球最深海底生态系统中的微生物能够生存的关键。