The ISME Journal
深海微生物群落的季节性代谢动态研究

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该研究通过原位核酸收集技术揭示了深海微生物在不同季节中的代谢活动差异，提供了对深海碳循环和微生物适应策略的新见解。

 

文献概述
本文《Seasonal variability in community structure and metabolism of active deep-sea microorganisms》，发表于The ISME Journal杂志，回顾并总结了深海微生物群落在冬季与夏季之间的结构与代谢动态变化。研究采用MISNAC装置收集南海深海微生物样本，分析其宏基因组和宏转录组数据，揭示了深海微生物的季节性功能适应策略。

背景知识
海洋微生物在碳循环和能量流动中起关键作用，尤其在深海环境中，其群落结构与代谢活动受到环境因子和营养输入的强烈影响。传统采样方法可能引起RNA降解或微生物群落扰动，而该研究采用原位DNA/RNA共提取装置，显著提高了深海微生物活性分析的准确性。研究发现，尽管深海微生物群落结构存在季节性变化，其活跃转录组保持稳定，但关键代谢途径如碳固定、氨氧化、CO氧化和脂肪酸利用在不同季节中表现显著差异。这些发现对于理解深海微生物如何适应环境变化及其在生物地球化学循环中的作用具有重要意义。

 

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研究方法与实验
研究团队在南海1022–1084米水深部署MISNAC装置，在冬季和夏季进行原位核酸采集。每个季节收集多个时间点的样本，通过Illumina NovaSeq 6000平台进行双端150 bp测序。数据经过质量控制、去污染和rRNA去除处理后，进行16S和18S rRNA基因分类、MAG组装、基因注释及功能分析。此外，构建共现网络以分析微生物互作关系。

关键结论与观点

• 深海原核生物群落在不同季节中表现出结构差异，夏季以Burkholderiales为主，而冬季Pseudomonadales、Bacillales和Rhodobacterales富集。
• 转录活跃的原核生物群如Nitrososphaerales、MGIII、SAR324、UBA11654、Marinisomatia和Poseidoniia在两季中保持稳定。
• 在冬季，Nitrososphaerales主导碳固定和氨氧化代谢，主要通过3HP/4HB途径。
• 夏季则以异养微生物为主，利用脂肪酸、苯甲酸和H2作为碳源和能源，可能通过厌氧呼吸方式代谢有机颗粒。
• CO氧化基因在冬季表达更高，表明其可能在冬季作为补充能源。
• 原核生物网络在夏季更为复杂，而冬季的网络结构较简单，表明季节性环境变化影响微生物互作。

研究意义与展望
该研究为深海微生物群落的季节性代谢变化提供了新的分子证据，强调了活跃微生物在碳循环中的贡献。未来可进一步研究微生物在更大时空尺度下的代谢动态，以及其对全球气候变化的响应机制。

 

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结语
本研究通过原位采样与多组学分析，揭示了南海深海微生物在冬季和夏季的代谢功能差异。尽管群落结构存在季节性变化，活跃微生物的转录组保持稳定，但其关键代谢途径如碳固定、氨氧化、脂肪酸和苯甲酸利用呈现季节性分化。研究还发现Ciliophora在夏季具有高转录活性，而Retaria虽丰度高但转录水平低，提示其在深海生态系统中的不同生态角色。这些发现有助于理解深海微生物如何适应环境变化，并为深海生物地球化学循环研究提供了基础数据。

 

Yinghui He, Federico Baltar, and Yong Wang. Seasonal variability in community structure and metabolism of active deep-sea microorganisms. The ISME Journal.