水文热状况调控垂直剖面中的微生物组格局及其对高山永久冻土退化的响应

《Nature Communications》：Hydrothermal regimes regulate microbiome patterns across vertical profile and their responses to alpine permafrost degradation

　　

摘要

解读垂直剖面中的微生物组对于理解气候变暖背景下永冻土退化相关的生物地球化学循环和潜在生物安全隐患至关重要。然而，关于青藏高原关键剖面层微生物组模式如何响应退化的知识仍然有限。利用沿退化梯度从六个 15 米深的高山永冻土岩芯中获得的 150 个样本的宏基因组数据，我们分析了不同主层（包括活动层、冻结过渡层和冻结层）中的微生物群落结构和功能潜力。我们发现，恢复的微生物和功能多样性随剖面深度增加而降低，且仅在活动层随着永冻土退化而下降。有趣的是，Pithoviridae, Caulimoviridae（皮托病毒科、高尔基体病毒科）以及与粘附、生物膜形成和免疫调节相关的毒力因子在冻结过渡层中富集，同时Lavidaviridae（劳氏病毒科）的相对丰度在退化过程中增加。沿退化梯度，活动层中碳水化合物活性酶的多样性降低，而活动层和冻结过渡层中亚硝酸还原酶基因与一氧化二氮还原酶基因的比率增加。水热条件成为塑造垂直剖面及沿退化梯度微生物组分布的主要控制因素。值得注意的是，水热和微生物组属性共同调节了退化过程中的碳/氮损失。综上所述，这些发现为理解全球变暖背景下永冻土退化的微生物组模式、碳/氮损失和生物安全提供了重要见解。