中国科研团队揭示最大冰川微生物组全基因组与基因目录

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冰川和冰盖覆盖了地球表面约 10% 的面积，是地球上最大的淡水水库。尽管存在低温、高强度太阳辐射、周期性冻融循环和营养限制等极端环境条件，冰川表面仍支持着多种生命，包括细菌、藻类、古生菌、真菌和其他微真核生物。微生物已表现出适应这些极端条件的能力，并有助于碳和氮循环等重要的生态过程。冰川表面存在多种栖息地，包括雪、冰和冰粒，它们是颗粒沉积物，形成养分周转的代谢热点。冰川冰也是过去微生物的记录，古老（一万多年前）空气中的微生物被成功复活。因此，冰川微生物组也构成了我们星球上微生物生命的宝贵年表。在过去的五年里，全球变暖增加了高纬度和高海拔冰川融冰的速度和程度。青藏高原的山地冰川尤其脆弱。 80%的冰川已经退缩，总面积减少了4.5%。随着冰川以前所未有的速度消失，保护温带和热带冰川生物群的唯一选择可能是培养物收藏或冰芯储存设施。然而，大多数微生物不容易培养。因此，未培养的细菌和古细菌的基因组目录将是培养物保存的补充选择。基因组目录为大规模比较基因组学、挖掘感兴趣的基因和功能提供了机会，并能够构建促进系统生物学研究的基因组规模代谢模型。宏基因组组装基因组的地理分布（图来自Nature Biotechnology）

冰封的现代和古代病原微生物可能导致局部流行病甚至大流行。从斯瓦尔巴群岛收集的环境样本中分离出溶血细菌。这些微生物可能携带新的毒力因子，使植物、动物和人类变得脆弱。此外，毒力因子可以通过噬菌体或质粒等移动遗传元件在微生物群落内水平转移。冰川和现代微生物之间的相互作用可能特别危险，需要评估潜在的健康风险。青藏高原素有亚洲水塔之称，是长江、黄河、恒河、雅鲁藏布江等世界几大河流的发源地。潜在危险细菌的释放可能会影响世界上人口最多的两个国家：中国和印度。目前，只有 45 个公开可用的冰川栖息地宏基因组，代表有限数量的地理位置。为了解决这一知识差距，本研究对来自21 个西藏冰川的85 个宏基因组和883 个培养分离株进行了测序，这些冰川覆盖了包括雪、冰和冰粒在内的不同栖息地。在此，该研究提出了专注于细菌和古细菌的TG2G 目录，其中包括基因组和基因水平的数据。该目录代表了 968 个候选的可操作定义的细菌和古细菌物种（95% 平均核苷酸同一性（ANI））和超过 2500 万个基因簇，从而有助于探索全球和局部冰川微生物多样性、功能和进化以及评估冰川融化的潜在健康风险。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41587-022-01367-2