《Science》文章：海洋中微生物群落的功能垂直连通性

研究背景：

海洋微生物群落的垂直连通性是理解海洋生物地球化学循环的关键。海洋中，由光合作用产生的有机物通过下沉颗粒物的形式，从表层水域传输到深海，为深海微生物群落提供能量和碳源。尽管已有研究表明，表层微生物通过附着在下沉颗粒物上可以到达深海，但这些表层微生物在深海中的功能角色以及它们如何适应深海环境的变化尚未被充分了解。

研究内容：

本研究旨在探索表层和深海微生物群落之间的功能垂直连通性。研究者们通过结合宏蛋白质组学16S rRNA扩增子测序的方法，分析了从表层到3000米深水柱中自由生活和颗粒附着微生物群落的蛋白质和类群特征。

研究方法：

研究团队在南中国海的两个站点（SEATS和SS1）收集了不同深度（5米、DCM、200米、750米和3000米）的海水样本。他们采用了大小分级的采样策略，收集了0.2至1.6微米的微生物（自由生活的微生物）和1.6至200微米的微生物（颗粒附着的微生物）。通过宏蛋白质组学分析和16S rRNA基因测序，研究了微生物群落的组成和功能。

研究结果：

研究发现，从表层到深海，微生物群落的组成和功能表现出明显的垂直连通性。特别是，表层衍生的颗粒附着微生物在深海中增加了基本代谢、有机物处理和环境应激反应相关蛋白质的表达。这些“种子蛋白”（seed proteins）不仅显示了表层和深海微生物群落之间的功能连通性，还表明表层微生物在深海中可能保持活性。研究还发现，表层微生物在深海中的活性可能对深海的生物地球化学循环有重要影响。此外，研究还揭示了表层微生物如何通过调节其代谢行为来适应深海环境的变化，例如通过增强有机物的运输和利用效率，以及激活与环境应激反应相关的蛋白质。

总结而言，本研究提供了海洋微生物从表层到深海的垂直连通性的直接证据，并揭示了表层微生物在深海中的功能作用和适应机制。这些发现有助于我们更好地理解海洋微生物在生物地球化学循环中的作用，以及它们如何塑造深海生态系统的功能。

来源：Science