Genome Biology在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子植物科學(xué)****中心中科院合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員李軒課題組和上海海洋大學(xué)教授方家松研究組、復(fù)旦大學(xué)教授南蓬研究組合作完成的題為Revealing the full biosphere structure and versatile metabolic functions in the deepest ocean sediment of the Challenger Deep的論文。
該研究針對地球*深處、馬里亞納海溝挑戰(zhàn)者深淵的沉積物生態(tài)環(huán)境，利用深度宏基因組分析和大規(guī)模微生物培養(yǎng)分離等方法，揭示了地球*深海洋沉積物的完整生物圈，包括**、古菌、真核微生物和病毒的生物群落結(jié)構(gòu)、基因組序列草圖和代謝生物化學(xué)潛能。此外，該研究還從馬里亞納海溝沉積物中培養(yǎng)分離了2000多株（包括一些新物種）極端生態(tài)環(huán)境的微生物**和**。
馬里亞納海溝由兩個地質(zhì)構(gòu)造板塊（菲律賓海板塊和太平洋板塊）碰撞擠壓形成。它擁有地球上已知的*深海域，達(dá)11，000米深的挑戰(zhàn)者深淵。這里完全黑暗，承受極高的水壓（1100個大氣壓）、低溫（2-4度）、低含氧量，且有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)匱乏，是地球上*惡劣的極端生態(tài)環(huán)境。對深淵極端生態(tài)環(huán)境的研究，特別是馬里亞納海溝的生物圈，由于技術(shù)條件的限制，遭遇了較大挑戰(zhàn)。雖然同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)深淵表層沉積物有較活躍的生物代謝活動，但通過16S（核糖體RNA基因）擴(kuò)增子測序研究馬里亞納海溝沉積物的微生物種群時(shí)，僅獲得了**和古菌種類的片段序列信息，學(xué)界對馬里亞納海溝沉積物中完整生物圈結(jié)構(gòu)和微生物代謝功能知之甚少，更缺乏微生物群體的基因組序列草圖。同時(shí)，學(xué)界也對馬里亞納海溝沉積物中真核微生物群落和可能存在的海洋病毒一無所知。該合作團(tuán)隊(duì)等利用“張謇”號海洋科學(xué)考察船，于2016年12月至2017年1月對馬里亞納海溝挑戰(zhàn)者深淵開展了海洋物理、海洋化學(xué)、海洋生物的綜合生態(tài)調(diào)查研究。
合作團(tuán)隊(duì)對采集的馬里亞納海溝沉積物標(biāo)本，利用深度宏基因組測序分析方法，**揭示了地球*深海洋沉積物的完整生物圈，包括**、古菌、真核微生物和病毒的生物群落結(jié)構(gòu)、基因組序列草圖和代謝生物化學(xué)潛能。主要研究成果包括：（1）構(gòu)建獲得了馬里亞納海溝沉積物中、代表26個門的共178個**/古菌的宏因組組裝序列草圖（Metagenome-Assembled Genome），揭示了馬里亞納海溝深淵微生物以混合營養(yǎng)和兼性厭氧代謝為主要特征的生活方式。（2）發(fā)現(xiàn)了馬里亞納海溝沉積物真核微生物群落由子囊菌、擔(dān)子菌等六個**門為主。這些**具有同化和異化硫酸鹽還原反應(yīng)、硫氫化合物的氧化反應(yīng)能力，這些結(jié)果暗示了真核微生物在海底生物地質(zhì)化學(xué)循環(huán)中的作用。（3）宏病毒組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)馬里亞納海溝沉積物中存在至少15個科的海洋病毒。對主要的有尾噬菌體目（Caudovirales）病毒的進(jìn)化分析，發(fā)現(xiàn)了兩個馬里亞納海溝特異的肌尾噬菌體科（Myoviridae）病毒進(jìn)化分枝（MT clade I and II）和長尾噬菌體科（Siphoviridae）的 病毒進(jìn)化分枝（MT clade Ⅲ）。這些病毒攜帶了大量的輔助代謝基因（auxiliary metabolic genes），發(fā)現(xiàn)這些基因具有調(diào)節(jié)病毒宿主碳水化合物代謝、氮和硫的代謝循環(huán)的作用。
此外，合作團(tuán)隊(duì)還利用24種不同類型微生物培養(yǎng)基，開展了馬里亞納海溝沉積物標(biāo)本在不同條件下（4℃/28℃；有氧/厭氧）的大規(guī)模微生物培養(yǎng)分離，共分離到超過2000株極端生態(tài)環(huán)境的**和**，共鑒定了1070種**和19種**，發(fā)現(xiàn)了至少19個來源于馬里亞納海溝的**新物種和3個**新物種。高壓培養(yǎng)測試證實(shí)了它們的耐壓特性，它們?yōu)轳R里亞納海溝沉積物的極端環(huán)境微生物生長、生理和代謝研究提供了重要的物質(zhì)基礎(chǔ)。(生物谷Bioon.com）
