基于线粒体基因组的全球真核微生物物种分辨与生态图谱框架

《Nature Communications》：A global mitochondrial genomic atlas illuminates freshwater microeukaryote diversity

　　

摘要

环境基因组学已彻底改变了我们对微生物世界的认知，但相关进展仍以原核生物为中心。在真核微生物中，标记基因选择不一致以及物种水平分辨率有限，削弱了多样性估算并阻碍了跨研究综合。因此，区域至全球尺度上丰富度、周转率和系统发育结构的梯度关系仍不明确。本文建立了一个基于线粒体基因组的全球性框架，可将鸟枪法宏基因组转化为物种分辨、以系统发育为锚点的物种名录。从横跨七大洲362个湖泊的3400个宏基因组数据中，我们重建了约20000个线粒体宏基因组组装基因组（mitoMAGs），为真核生物树中此前稀疏的分支——尤其是SAR（褐藻-变形虫-根虫复合类群）、隐藻门和Haptista——提供了密集数据。经验校准的98.1% mitoMAG相似度阈值可界定物种，并将群落特征谱与系统发育骨架相锚定。在此骨架基础上，经过覆盖度标准化的物种名录恢复了经典生态模式：中营养湖泊丰富度峰值、表层系统发育广度扩展，以及春季混合期表层与深层耦合最强烈时的春季丰富度极大值，这些结果均支持了该框架的有效性。将mitoMAGs作为无引物条形码使用，可获得统一的、物种水平的、系统发育感知的通用货币，使丰富度、均匀度和系统发育广度可直接在不同数据集、不同深度、不同季节和不同区域之间进行比较。通过将真核微生物置于与原核生物可比的分析框架下，由此构建的图谱使其多样性触手可及，并为未来高通量、物种感知型监测和生态预测奠定了基础。