ISME | Binning组装解析深层地下水中微生物群落的能量和碳代谢

陆地的深层是一个巨大的微生物聚集处，含有显著有别于地表的微生物群落和资源。但受限于深度和独特的地理因素，人们对地壳深层的微生物研究还很有限。

于是,有科学家把关注的眼光投向了地壳深层——在1500米的地下水体中，微生物是怎样的存在状态，又有着怎样与众不同的能量代谢方式？

研究者选择了两个不同的地下水流体系（SURF-B & SURF-D），分别开展样本和信息采集（下表），并进行了宏基因组的测序和组装（CONCOCT）。

通过Binning算法，组装获得完整度>50%,污染率<10%的MAGs74个，这其中完整度>90%的MAGs有22个,堪称near-complete genomes; 完整度>80%有36个。下图仅展示完整度在80%以上的MAGs信息：

通过与已知物种进行系统进化树的构建，研究中将组装出来的MAGs进行了相应的注释和归类——组装结果中有两个菌株为古菌物种，剩下的菌株大多为Deltaprpteobacteria的门类。从系统进化研究结果（下图）来看，研究甚至获得两个新的物种门类，分别命名为Abyssubacteria （深菌，SURF-5&17） &   Aureabacteria （金菌,SURF-26）。

基于Binning组装的结果，研究者对深层地下水的能量代谢方式进行了注释研究，结果表明在深层地下水体系统（下图），最常见的能量代谢通路为硫酸盐、硝酸盐/亚硝酸盐还原等，大多数组装出的物种兼具这些通路功能。仅在12号MAGs中注释出pmoA(甲烷单加氧酶)基因；此外，Ni-Fe和Fe-Fe途径在约10%的MAGs中检出，提示深层地下水的微生物群落可能以氢作为主要的电子供体；甲酸脱氢酶fdhABC)合成能力也广泛分布于这一微生态系统；但在其中，没有发现亚铁氧化酶还原菌。

生物固碳研究（下图）结果表明，深层地下水中最常见固碳方式为还原性乙酰辅酶A途径，在组装出的74个MAGs中有33个MAGs包含此途径，存在于大部分类型微生物中，此外仅一个MAG(ґ-变形菌)通过还原磷酸戊糖循环（Calvin）途径开展碳固定。