中国科学家获得最大冰川微生物组的基因组和基因目录

2022年6月27日，兰州大学/中国科学院青藏高原研究所刘勇勤及中国科学院微生物研究所骆迎峰共同通讯（兰州大学为第一单位）在Nature Biotechnology 在线发表题为“A genome and gene catalog of glacier microbiomes”的研究论文，该研究通过对来自 21 个西藏冰川的 85 个宏基因组和 883 个培养分离物进行测序，覆盖雪、冰和冰粒生境，提供了一个专门的冰川微生物基因组和基因目录，以存档冰川基因组和功能多样性。**这对促进对全球冰川微生物多样性、功能和进化的探索，以及对冰川融化的潜在健康风险评估有重要的价值。

这个全面的西藏冰川基因组和基因 (TG2G) 目录包括 883 个基因组和 2,358 个宏基因组组装的基因组，代表了 30 个门的 968 个候选物种。该目录还包含超过 2500 万个非冗余蛋白质编码基因，其效用通过探索次生代谢物生物合成潜力、毒力因子鉴定和全球冰川宏基因组比较来证明。 TG2G 目录是一种宝贵的资源，有助于加深对西藏冰川微生物组的结构和功能的理解。

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。尽管存在极端的环境条件，例如低温、高水平的太阳辐射、周期性的冻融循环和营养限制，冰川表面仍支持着各种各样的生命，包括细菌、藻类、古生菌、真菌和其他微真核生物。微生物已显示出适应这些极端条件的能力，并有助于重要的生态过程，例如碳和氮循环。冰川表面存在各种各样的栖息地，包括雪、冰和冰粒，它们是颗粒状沉积物，形成营养物质周转的代谢热点。冰川冰也可以作为过去微生物的记录，古老的（超过 10,000 年历史）空气传播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，失去了4.5%的总面积。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藏的补充选择。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（图源自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。已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、动物和人类易受伤害。此外，毒力因子可以通过可移动的遗传元件（如噬菌体或质粒）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，该研究对来自 21 个西藏冰川的 85 个宏基因组和 883 个培养分离物进行测序，这些冰川覆盖了不同的栖息地，包括雪、冰和冰粒。在这里，该研究展示了以细菌和古细菌为重点的 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

来源：iNature

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