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为探究北极微生物群落受环境变化的影响，研究人员开展了北极漂移考察 MOSAiC 研究，从 73 个样本中获得 2407 个原核和 56 个真核宏基因组组装基因组（MAGs），有助于在基因组层面研究北极微生物变化。
北极，这片神秘而广袤的冰雪世界，一直以来都是地球上最为独特的生态系统之一。北极海洋，作为北极生态的核心区域，蕴含着丰富的微生物资源。这些微生物虽然个体微小，却在整个生态系统中扮演着至关重要的角色。它们作为初级生产者，是海洋食物网的基础，驱动着生物地球化学循环，同时也是新型基因的宝库，吸引着生物技术产业的目光。
然而，由于北极地区自然环境极端恶劣，常年被冰雪覆盖，使得中央北极海洋成为地球上研究最为匮乏的生物群落之一。随着全球气候变暖，北极地区的升温速度比低纬度地区更快，这对北极海洋生物群落的多样性产生了极为不利的影响。目前，我们对在这片栖息地中蓬勃生长的微生物群落知之甚少，在理解微生物群落如何应对环境变化方面存在着巨大的知识空白。
为了填补这一空白，来自多个国家和研究机构的科研人员参与了 Multidisciplinary Observatory for Study of the Arctic Climate（MOSAiC）考察。该考察以破冰船 RV Polarstern 为依托，进行了为期一年的拉格朗日漂移调查，从 2019 年至 2020 年，在不同航段对海冰和远洋水域进行采样，收集了大量样本。这项研究成果发表在《Scientific Data》上，为我们深入了解北极微生物群落打开了新的窗口。
在研究方法上，科研人员主要运用了以下关键技术：一是样本采集，73 个样本分别来自全年时间序列（15 个）和 HAVOC 项目（58 个），涵盖海冰、海水和沉积物陷阱等不同环境 ；二是 DNA 提取、纯化和测序，根据样本类型选择不同试剂盒提取 DNA，利用 Illumina NovaSeq S4 设备测序；三是基因组组装和分箱，通过 JGI MAP 管道单独组装样本，用 MetaBAT 2 进行分箱，还采用共组装方法获取真核生物分箱；四是功能和分类注释，使用 IMG/M 注释管道等对 MAGs 进行注释 。
研究结果如下：
- 宏基因组组装基因组（MAGs）的获得：从 73 个样本中成功获得了 2407 个原核和 56 个真核 MAGs。这些 MAGs 涵盖了来自不同深度海洋层以及海冰不同部位的微生物基因组信息，为后续研究提供了丰富的数据基础。
- MAGs 的注释与分析：对 MAGs 进行了功能和分类注释，详细解析了其中微生物的基因功能、代谢途径以及在生物分类学上的位置。通过这些注释，科研人员能够更深入地了解北极微生物的生态功能和潜在作用。
- 高质量 MAG 的案例研究：以 Bacilliariophyceae sp. MOSAICH1_1 为例，对其进行了深入分析。该 MAG 基因组长度为 32.07 Mbp，包含 13169 个基因。通过与已知基因组对比，发现其与硅藻 Pseudo-nitzschia multiseries CLN-47 最为接近，平均核苷酸同一性为 76%。这一发现有助于进一步了解该物种在北极生态系统中的地位和作用。
研究结论表明，MOSAiC 考察所获得的 MAGs 数据集，为研究北极微生物多样性和代谢潜力提供了重要资源。这些 MAGs 可用于评估北极中央海洋的微生物生物多样性，对比不同时空下的个体菌株，从基因组层面研究北极微生物群落从冬季到夏季的变化。此外，研究海冰脊在维持北极海洋微生物生物多样性方面的作用，也为理解北极生态系统的稳定性和适应性提供了新的视角。这项研究不仅有助于我们更好地了解北极微生物群落对环境变化的响应机制，还为极地生态保护和生物技术开发提供了有价值的参考，在极地科学研究领域具有重要意义。
