海洋微生物組的新基因目錄揭示了驚喜
微生物在地球上占主導地位，尤其是海洋，并有助于支持整個海洋食物網(wǎng)。在最近發(fā)表于自然微生物學的一份報告中，夏威夷大學的Mānoa(UHM)海洋學教授Ed DeLong和他的團隊報告了迄今為止構建的最大的單點微生物組基因目錄。有了這些新信息，該團隊發(fā)現(xiàn)營養(yǎng)限制是海洋微生物基因組進化的核心驅動因素。
作為一個群體，海洋微生物在其代謝能力方面極為多樣化和多樣化。所有這些變異都在其基因中編碼。一些海洋微生物具有遺傳指令，允許它們利用來自陽光的能量將二氧化碳轉化為有機物質。其他人使用有機物質作為碳和能源，并產(chǎn)生二氧化碳作為呼吸終產(chǎn)物。還發(fā)現(xiàn)了其他更奇特的途徑。“但是，我們如何在幾乎看不見的生物體中描述所有這些不同的特征和功能，這些生物體的數(shù)量接近每茶匙海水數(shù)百萬個細胞?” 該論文的資深作者德龍問道。“這個新建的，全面的棲息在夏威夷群島北部海域的微生物基因目錄解決了這一挑戰(zhàn)。”
水樣在兩年內收集，現(xiàn)代基因組測序技術用于解碼夏威夷海洋時間序列(HOT)計劃開闊海域中3000英尺深水中最豐富的微生物物種的基因和基因組站點，站ALOHA。
在陽光照射層深處，研究小組觀察到微生物群落的急劇轉變。他們報告說，微生物，它們的基因組和蛋白質的基本構建塊在大約250-650英尺的深度之間急劇變化。
“在地表水中，微生物基因組要小得多，而且它們的蛋白質含氮量較少 - 這種氮缺乏環(huán)境的邏輯適應性，”超高分子海洋與地球科學與技術學院(SOEST)博士后研究員Daniel Mende說。并在論文中引導作者。“在更深的水域，400-650英尺之間，微生物基因組變得更大，它們的蛋白質含有更多的氮，同時隨著氮的可用性隨著深度的增加而增加。”“這些結果表明，環(huán)境中養(yǎng)分的可用性實際上可能決定了微生物基因組和蛋白質在野外的進化，”德龍說。“該研究的另一個令人驚訝的發(fā)現(xiàn)是觀察到的微生物'基因組過渡區(qū)'發(fā)生在非常狹窄的深度范圍內，正好在陽光照射層下面。在650英尺深以下，微生物基因組和蛋白質的基本特性相對恒定，所有通往海底的路。“
與亞利桑那大學Bonnie Hurwitz教授領導的計算機科學小組合作，新的數(shù)據(jù)庫可供全世界的科學家使用，他們正在尋求描述全球海洋中微生物的性質和功能。“這些新數(shù)據(jù)將為了解當今海洋微生物組的性質和功能提供重要工具，并有助于預測其未來的發(fā)展軌跡，”德龍說。
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