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海洋微生物種群結構與環境關係的研究

海洋不僅是人類的精神寄託之處,更是孕育生命的搖籃。40億年前,生命誕生於此,經歷漫長的進化,才有了今天這多姿多彩的世界。

海洋中關於生命存在有許多未知之處,人類對於它的好奇和探索從未停止。



今天我們來看一下關於海洋微生物的最新研究。

塔拉海洋項目,一個由40個國家組成的國際研究團隊,在2009年到2013年之間乘坐110英尺長的雙桅船Tara,對太平洋、大西洋、印度洋等海域展開調查,在68個地點從水面到水下2000m的範圍採集了243個研究樣本,並藉由基因研究等方法推測微生物的種類,研究全球海洋微生物的種群結構和功能及其與環境的關係。此研究結果於2015年發表在Science (IF:33.61)


研究方法


1. 材料選取

2009-2013年藉由Tar a Ocean Expedition在全球主要代表性海洋區域(北極除外)68個採樣點三層(表層SRF、最低光合作用層DCM以及中層MESO)不同海水中採集243份水樣,記錄其形態學、遺傳學和環境資料。


2. 建庫定序策略

300bp library,illumina PE100定序,共得到7.2TB資料量,每個樣本29.6±12.7Gb資料。

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圖1 全球海洋範圍內的取樣點


研究結果


1. 海洋與人腸道,基因功能大同小異

研究中建立了一個全球海洋微生物內參基因目錄(OM-RGC),包含>4000萬個來自病毒、原核生物、微型真核生物的非冗餘,且大部分為新發現的基因,約為人體腸道微生物內參基因目錄數目的4倍,大部分為細菌中的基因。

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圖2 海洋微生物和人腸道微生物核心直系同源家族



2. 海洋深度影響微生物物種豐度和細胞密度

PCoA分析顯示,跟光照、溫度和營養相比,海水深度對微生物種群構成的貢獻率為73%,隨海水深度的增加,微生物物種和功能多樣性增​​加,而細胞密度和細胞最大增長速率降低。

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圖3 海洋微生物的垂直分佈


3. 不同溫度和緯度下物種豐度不同

對海洋表層的139個原核生物樣本進行PCoA分析發現,溫度和溶氧量是影響原核生物分類和功能組成的主要因素,其中溫度的相關性更大,隨著溫度的升高,物種豐度呈現先升高後降低的趨勢,峰值出現在中緯度區域。

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圖4 溫度對物種豐度的影響

 
研究結論

此論文藉由宏基因組定序及分析,研究得到很多珍貴資源如海洋微生物內參基因列表、浮游生物(病毒、原核生物、微小真核生物)多樣性普查表,為研究海洋微生物之間及微生物與環境交互作用提供方法理論基礎。研究發現溫度是微生物物種多樣性最大的驅動力,全球海洋微生物中的功能潛在地受到全球氣候變化的影響


參考文獻

Sunagawa S, Coelho LP, Chaffron S, et al . Structure and function of the global ocean microbiome. Science . 2015, 348(6237): 1261359



圖爾思生物科技 / 諾禾致源文案
 

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