摘要
“海斗深渊”(Hadal Trenches)（水深大于6，000米）一直是国际海洋科学研究的热点。由于板块的强烈碰撞，马里亚纳海沟的挑战者深渊南北坡形成独特的地貌特征。伴随频繁的地震、滑坡、浊流等运输使得有机质更易在深渊底部轴线上沉积，因此极端静水压及丰富的地貌更容易形成独特的微生物群落和孕育未知物种。本研究中应用分子生物学方法、高通量测序技术及生物信息学方法对挑战者深渊大尺度范围沉积物中微生物的群落结构、空间分布和深渊底部沉积物特有物种参与的深渊地球化学循环机制进行解析。 1.从挑战者深渊北坡（northern slope）、南坡(sourthem slope)、深渊底部(trench-axis bottom)共计获得14个不同深度柱状沉积物，自上而下分层取样共计获得95个分层样品。提取每个分层样品总DNA分别构建扩增子文库，经建库测序和生物信息学分析，结果表明:沉积物中原核微生物多样性高，丰度大于1％的门有13个，其中细菌门11个:Proteobacteria，Chloroflexi，Actinobacteria，Planctomycetes，候选门Patescibacteria，候选门Marinimicrobia，Gemmatimonadetes，Bacteroidetes，Firmicutes，Acidobacteria和候选门Zixibacteria;古菌门2个:Thaumarchaeota和Nanoarchaeaeota;而北坡T1B08高丰度的古菌为Euryarchaeota。样品在属级别进行PCoA和层次聚类，结果表明深渊底部具有不同于斜坡的群落组成。对高丰度OTU序列构建系统发育树，结果表明深渊沉积物中仍存在未知种属，其在深渊地球化学循环中的作用仍然未知。 2.对四个沉积物（水深大于10，000米）分层样品利用宏基因组学和转录组学分析方法，共获得6个高质量未知种属基因组草图(metagenome-assembled genomes，MAG)。核糖体（16S rRNA）及串联保守蛋白系统发育结果表明其是隶属FCB超门（superphylum）的一个潜在新门(Tianyabacteria)，包括至少两个lineage:L1(T1L101,T3L111,T3L141)和L2(T3L112,T3L82,T3L142)。宏基因组覆盖度及qPCR结果表明L1集中分布在水深大于8，000米的深渊沉积物中，而深渊大尺度海水中几乎检测不到，进一步结果表明L1主要分布在沉积物表层(0-9cmbsf)，而L2则倾向于分布在沉积物深层(12-21cmbsf)。基于基因组注释的代谢重建结果表明L1能够编码Hao蛋白参与羟胺氧化，和深渊高丰度氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea，AOA)一起完成硝化过程，而L2则含有发酵因子和反硝化途径。两个lineage都可以通过其肌醇操纵子对从外界环境摄入的有机溶质-肌醇(myo-inositol)进行代谢调节进而调节胞内渗透压;转录组分析结果表明肌醇及其相关化合物也依赖胞内合成，累计过量的肌醇则通过降解作为补充进入核心碳循环。 本研究揭示了大尺度深渊沉积物中微生物的空间分布，推测深渊沉积物组成差异和氧浓度可能是导致底部和斜坡形成不同微生物群落的重要因素，为环境影响深渊沉积物微生物的空间分布提供依据;同时在挑战者深渊沉积物中发现具有地域局限性分布的潜在新门(Tianyabacteria)，其2种类型在深渊沉积物地球化学氮循环中发挥重要作用。
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