水生所和华中科技大学团队合作解析青藏高原水生微生物基因组和基因目录

　　

　　青藏高原，中国最大、世界海拔最高的高原，素有“世界屋脊”、“第三极”之称。其独特的地形特征使青藏高原成为众多河流的主要源头，并作为“水塔”滋养着周边地区近20亿人。青藏高原的水生态系统类型多样，包括湿地、湖泊、河流、温泉和冰川等，孕育着丰富多样的水生微生物。这些微生物可能在青藏高原极端的环境条件下，如剧烈的温度波动、低氧浓度、低压和强烈的紫外线辐射中，展现出独特的种类组成和代谢模式，使得青藏高原可能蕴藏着一个独特的微生物资源库。 

羊卓雍措（罗帅拍摄于环境DNA样品采集期间）

　　近日，中国科学院水生生物研究所缪炜研究员与华中科技大学宁康教授团队合作解析了青藏高原水生微生物基因组和基因目录。研究搜集了来自青藏高原湿地、淡水湖、盐水湖、河流、温泉和冰川的498个水体环境DNA样本并进行了宏基因组测序，初步建立了一个青藏高原水生微生物基因组和基因目录（Tibetan Plateau Microbial Catalog, TPMC）。TPMC目前包含了3万多个中高质量的原核微生物（细菌和古菌）宏基因组组装的基因组（Metagenome-assembled genomes, MAGs），聚类为1万多个物种，其中88%为未注释物种。除此之外，TPMC包含近3亿个非冗余基因，其中15%为新基因；7万多个生物合成基因簇，50%为新基因簇。这一结果表明青藏高原是全球微生物物种和遗传多样性的宝库。 

　　利用这些数据，研究团队分析了青藏高原水生微生物群落在横跨2500公里的距离和超过5公里的海拔范围的中国三级阶梯地形上的生物地理学，发现与青藏高原微生物组的微生物组成相似性和共有基因数量随着距离和海拔的差异增大而下降。这一微生物的传播模式提示青藏高原可能不仅扮演着“水塔”的角色，还具有“微生物塔”的作用。总体来说，TPMC是高海拔水生微生物资源的重要资源库，蕴藏着发现新的微生物谱系和功能的巨大潜力，拓展了对全球微生物物种、遗传和功能多样性的认识。 

　　相关工作以“A genome and gene catalog of the aquatic microbiomes of the Tibetan Plateau”为题发表于Nature Communications杂志。 

青藏高原水生微生物基因组和基因目录 (Tibetan Plateau Microbial Catalog, TPMC)

　　华中科技大学宁康教授、水生所缪炜和熊杰研究员为该论文的共同通讯作者，华中科技大学研究生程铭悦、水生所研究生罗帅和张鹏为本论文的共同第一作者。本研究是万种原生生物基因组计划（P10K）的进展之一，此次原核微生物基因组目录的建立为后续分析并获得青藏高原水生态系统中原生生物（真核微生物）基因组奠定了重要的基础。相关原核微生物基因组目录已发布于国家基因组科学数据中心（https://ngdc.cncb.ac.cn/tpmc）。该研究得到了青藏高原第二次科学考察与研究计划、国家自然科学基金项目、国家重点研究发展计划项目以及国家科技基础资源调查专项的资助，以及中国科学院超级计算武汉分中心和合肥先进计算中心的支持。研究中所使用的部分环境理化数据得益于水生所化学生态学学科组、水环境纳米技术学科组、水工程藻类生态学学科组、环境生物化学与微生物学学科组的分享和支持。  

　　原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-45895-8