清華新聞網(wǎng)4月12日電 近日，由清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院海洋工程研究院王勇教授團(tuán)隊(duì)與美國(guó)伍茲霍爾海洋研究所團(tuán)隊(duì)合作，通過(guò)宏基因組、宏轉(zhuǎn)錄組和地球化學(xué)分析研究了地球海洋最深處沉積物中微生物的基因組特點(diǎn)、生態(tài)潛能和物種新穎性。
深淵(深度>6000米)是地質(zhì)構(gòu)造上相對(duì)孤立的深海環(huán)境，由地球板塊俯沖擠壓形成海溝。研究如此深的海域中的生命活動(dòng)，面臨采樣困難的問(wèn)題，這使深淵區(qū)成為目前探索最少的海洋環(huán)境之一。挑戰(zhàn)者深淵位于西太平洋的馬里亞納海溝，最深處達(dá)10909米，是已探明地球海洋中的最深處，也是地球的第四極?；钴S的地質(zhì)活動(dòng)引發(fā)頻繁的淺層地震，而海溝的“V形”地形導(dǎo)致富含難降解有機(jī)物和有毒重金屬元素的深海表層沉積物和火山物質(zhì)向深淵底部匯聚。以往認(rèn)為這些海溝里聚積的海洋“垃圾”只能被回收到地殼中熔解成無(wú)機(jī)物和小分子，而微生物的作用似乎微不足道。因此，深淵微生物極端環(huán)境適應(yīng)機(jī)制，及其介導(dǎo)的地球物質(zhì)循環(huán)的是本研究的重點(diǎn)。
圖1 挑戰(zhàn)者深淵沉積物采樣站位及微生物組新穎性概述
(a. 采樣站位; b&c 原核微生物物種新穎性；d&e 原核微生物群落新穎性)
研究團(tuán)隊(duì)借助中科院在深海萬(wàn)米科考裝備和技術(shù)上的突破，獲得了挑戰(zhàn)者深淵南北坡和底部共13個(gè)站位的沉積物柱狀樣，分析了37個(gè)宏基因組，揭示了挑戰(zhàn)者深淵沉積物中原核微生物新種比例達(dá)到26%，高于目前所有已研究的深海環(huán)境，并且微生物新穎性隨水深和沉積物深度增加而增加（圖1）?；?86個(gè)微生物基因組的功能分析顯示這些微生物廣泛存在芳香類(lèi)有機(jī)物降解和氨基酸利用（81%）的相關(guān)基因，優(yōu)勢(shì)微生物可以進(jìn)行氨氧化途徑和固碳合成新鮮有機(jī)質(zhì)，將深淵累積的有機(jī)氮轉(zhuǎn)化成氮?dú)?，釋放到上層水體，可能有助于全球氮元素的平衡（圖2）。本研究還發(fā)現(xiàn)了深淵沉積物中砷和汞的累積，并且61%的深淵微生物基因組中含有三價(jià)砷甲基化基因，起到重金屬解毒的作用同時(shí)將甲基砷作為耐壓劑抵御深淵的高壓。
圖2 挑戰(zhàn)者深淵沉積物中氮和砷循環(huán)示意圖，括號(hào)內(nèi)數(shù)字表示擁有參與氮和砷循環(huán)基因的基因組數(shù)目
綜上所述，該項(xiàng)研究以挑戰(zhàn)者深淵斜坡區(qū)和底部沉積物中的微生物為研究對(duì)象，獲得了目前最大的深淵微生物基因組數(shù)據(jù)集，并揭示了微生物在超深淵海溝中的地理分布格局和基因組特點(diǎn)。該研究為全球深淵微生物的分布和生態(tài)功能研究提供了重要的研究范式，為探索生物在深海極端環(huán)境下的適應(yīng)機(jī)制和進(jìn)化過(guò)程提供了理論支撐。
相關(guān)研究成果以《挑戰(zhàn)者深淵沉積物微生物組》（Microbiomes in the Challenger Deep slope and bottom-axis sediments）為題于3月21日在線(xiàn)發(fā)表于國(guó)際期刊《自然·通訊》（Nature Communications）。中科院深海所博士生周穎力與伍茲霍爾海洋研究所帕拉斯凱維·馬拉（Paraskevi Mara）博士為本文共同第一作者，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院海洋工程研究院王勇教授為本文通訊作者。本研究工作得到了中科院先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)B類(lèi)深淵項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41467-022-29144-4
供稿：深圳國(guó)際研究生院
題圖設(shè)計(jì)：李娜
編輯：李華山
審核：呂婷
