编辑推荐：
为探究微生物真核生物在生态系统中的功能，研究人员开展基于序列相似性网络（SSN）分析淡水生态系统微生物真核生物代谢特异性的研究。结果发现混合营养代谢的多功能性、寄生生物的高度专业化等。该研究为理解宿主 - 寄生虫相互作用提供依据。
在神秘的水生世界里，微生物真核生物就像一群隐藏的 “小精灵”，它们虽小，却在营养循环、能量传递以及整个生态系统的运转中发挥着至关重要的作用。然而，长久以来，这些 “小精灵” 的功能多样性和生态角色如同被迷雾笼罩，让人难以看清。传统的研究方法在探索它们的功能潜力以及在复杂生态系统中的相互作用时，总是力不从心。随着测序技术的飞速发展，大量的 -omics 数据不断涌现，但如何从这些海量数据中挖掘出有价值的信息，成为了摆在科研人员面前的一道难题。在淡水生态系统中，微生物真核生物的研究更是少之又少，就像一片未被充分开垦的神秘土地。为了揭开这片土地的神秘面纱，来自法国的科研人员开启了一段探索之旅。他们的研究成果发表在了《Microbiome》杂志上，为我们理解水生生态系统中微生物真核生物的奥秘提供了新的视角。
为了深入了解微生物真核生物在生态系统中的功能，法国国家科学研究中心（CNRS）、巴黎自然历史博物馆等机构的研究人员，以法国的帕万湖（Lake Pavin）为研究对象，利用基于序列相似性网络（Sequence Similarity Network，SSN）的方法，对微生物真核生物不同营养模式的代谢特异性展开研究。他们通过分析元转录组数据，试图描绘出那些鲜为人知的淡水寄生微生物的潜在遗传特征，探索微生物真核生物在生态系统中的 “隐藏密码”。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，从帕万湖不同深度、不同时间采集水样，获取微生物样本。接着，对样本进行 Illumina NovaSeq 6000 测序，得到元转录组数据。然后，通过一系列生物信息学分析流程，包括使用 velvet、Oases 等软件进行序列组装，利用 CDHIT-EST 去除冗余序列，使用 Transdecoder 预测蛋白质等。之后，构建 SSN，通过设定特定的相似性和覆盖度阈值进行筛选分析，从而探究微生物真核生物的代谢特征。
序列相似性网络统计
研究人员从帕万湖元转录组数据集中检索到近 1000 万个转录本，并预测出 7,511,376 个蛋白质。经过筛选，得到 302,304 个连接组件（Connected Components，CCs），共包含 2,165,106 个蛋白质。在这些蛋白质中，32.5% 进行了分类学注释，18.5% 被指定了营养模式。混合营养生物的蛋白质数量最多，寄生生物和腐生生物的蛋白质比例较低。这表明不同营养模式的微生物在数量和分布上存在明显差异。
CC 分布在不同营养模式之间
超过一半的 CCs 中蛋白质没有营养模式分配。在有营养模式分配的 CCs 中，混合营养生物、光养生物、异养生物、寄生虫和腐生生物分别有不同数量的特定 CCs（Specific Protein Clusters，SPCs）。此外，不同营养模式之间存在共享的 CCs，如混合营养生物与光养生物、异养生物共享较多 CCs，寄生虫与腐生生物、异养生物也有共享的 CCs。这揭示了不同营养模式微生物之间可能存在代谢相似性。
微生物真核生物营养模式的分类学特异性和遗传基础
不同营养模式的 SPCs 在分类学和功能注释上存在差异。混合营养生物、光养生物和异养生物的 SPCs 数量较多，分类学多样性在低分类水平上差异较大。寄生虫和腐生生物的 SPCs 数量较少，其蛋白质主要属于壶菌门（Chytridiomycota）和子囊菌门（Ascomycota）等。在功能注释方面，虽然不同营养模式在 KEGG 代谢注释的 B 水平上差异较小，但在 C 水平上存在明显差异，反映了各营养模式的功能特异性。
利用 SSN 考虑未知序列
通过 SSN 方法，研究人员能够将未知序列纳入分析，使分析的序列数量增加了 42.1%。同时，通过假设未知蛋白质与已知蛋白质在分类学、功能和营养信息上的相关性，对未知蛋白质进行注释，提高了蛋白质的分类学注释率、功能注释率和营养模式分配率。这表明 SSN 方法在挖掘未知序列信息方面具有重要价值。
与寄生相关的 SPCs
研究聚焦于与寄生相关的 SPCs，筛选出至少包含一个专性寄生虫相关蛋白质的 SPCs 进行分析。这些 SPCs 共包含 12,946 个蛋白质，其中多数被分配给寄生虫。通过计算 KEGG Orthology（KO）标识符的重心位置，研究人员确定了 40 个可能参与宿主 - 寄生虫相互作用的标识符，其中部分已在文献中描述与寄生相关，部分功能尚未明确但可能与寄生相关。这为研究寄生微生物的致病机制提供了重要线索。
在讨论部分，研究人员指出，SSN 方法在研究微生物真核生物营养模式方面具有显著优势，能够纳入更多未知序列进行分析，提高了对微生物功能多样性的理解。研究发现混合营养生物具有代谢多功能性，寄生生物和腐生生物之间存在共享蛋白质家族，暗示它们在某些环境条件下可能存在生活方式的转变。虽然没有找到寄生的通用标记，但在精细分类学尺度上发现了候选基因，这对于理解宿主 - 寄生虫相互作用以及开发抗寄生虫治疗方法具有重要意义。未来，研究人员可以进一步利用 SSN 方法和其他相关技术，深入探究微生物真核生物在生态系统中的作用，为生态保护和生物医学研究提供更多有价值的信息。这项研究不仅为我们理解水生生态系统中微生物真核生物的生态角色提供了新的思路，也为后续研究奠定了坚实的基础，有望在生态、医学等多个领域产生广泛而深远的影响。
