英文标题：Phylogenetic diversity of functional genes in deep-sea cold seeps: a novel perspective on metagenomics

中文标题：深海冷泉功能基因的系统发育多样性：宏基因组学的新视角

发表期刊：Microbiome

影响因子：15.5

发表时间：2023年12月15日

作者及单位：一作、通讯作者及单位：王丹蕊（第一作者），邓晔（通讯作者），中国科学院生态环境研究中心

根据Mantel分析，大多数环境因子与SSU rRNA基因显著相关，表明多种环境因子共同影响海马冷泉的菌群。门类水平的注释显示，Halobacterota（包括ANME）和Desulfobacterota（包括SRB）是冷泉中丰度最高的两个门，说明由ANME和SRB介导的硫酸盐依赖型厌氧甲烷氧化（SAMO）很可能是海马冷泉的主要生物地球化学过程。

2.不同位置冷泉的功能基因

GSCs（基因序列簇）的功能基因多样性，包括分类多样性（^qD）和系统发育多样性（^qPD）。mcrA基因在分类多样性上表现出显著差异，但3个地点（CS、HM1和HM5）的^qPD剖面相对相似，说明mcrA的GSC丰度较不均匀。CS和HM5更高的mcrA、dsrA和nifH的多样性和丰度，表明在该点存在AOM（甲烷厌氧氧化）、硫酸盐还原和固氮过程。结果表明mcrA、dsrA、nifH、narG和nosZ的系统发育多样性在不同位置的冷泉之间存在差异。

3.不同沉积物深度下不同的功能基因

相较于SSU rRNA和dsrA，迭代产生的mcrA的GSC所占比例明显更多，可能是因为现有mcrA数据库不完整，通过迭代法获得了更多新mcrA的GSC。总的来说，与AOM和固氮相关的功能基因在冷泉区深层具有更高的多样性，而其他大多数基因在表层具有更高的多样性。

4.在特定的基因序列簇之间的耦合

基于dsrA和mcrA之间的Pearson相关性分析，约77%的dsrA GSC来源于海洋环境，而23%的谱系是其他环境的。位于图底部的一个支系包含6个dsrA GSCs，与大多数mcrA GSCs有很强的相关性，这一支系被注释为Desulfobacteraceae或Desulfovibronaceae。但Desulfobacteraceae或Desulfovibronaceae的dsrA GSC没有都聚集在一起，有些GSC与mcrA GSC呈负相关。推测并非所有功能互补的类群都会发生耦合，SRB的特定成员与多种ANME发生耦合，从而主导SAMO过程。

5.冷泉区和非冷泉区的代谢通路偏好

本研究的分析流程集成了基于读数的技术和基于组装的技术，同时保持了针对性和非针对性之间的平衡，对参考数据库中的错误和遗漏具有很强的鲁棒性。通过将REMIRGE应用于冷泉数据集对系统发生有了更深入的了解，并对微生物多样性进行了更全面的评估。本文提供了分析脚本和在线分析平台（//remirge.denglab.org.cn），这一创新性分析流程具有探索各种环境的潜力，在促进了解功能类群及其对生态系统过程的贡献方面有广泛应用前景。 

参考文献：

Wang D, et al., Phylogenetic diversity of functional genes in deep-sea cold seeps: a novel perspective on metagenomics. Microbiome. 2023.