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論文資訊
- 類型：已發表論文
- 日期：2024-03-12
摘要
海洋微生物的基因組可以透過營養循環來塑造，已知海洋尺度的氮可用性梯度會影響微生物氨基酸的使用。然而，目前尚不清楚基因組特性如何在較小的空間尺度上受到養分變化的影響，例如，沿著垂直過渡到最低氧區（OMZ）或從碎屑顆粒的外部到內部。營養物質的可用性可以顯著影響微生物基因組和蛋白質組的精簡，例如，透過選擇較低的氮碳比。與營養豐富的沿海水域中的對應微生物相比，寡營養的公海微生物簡化了基因組氮需求。然而，養分可用性的陡峭梯度發生在米級甚至微米級的空間尺度上。目前尚不清楚這種梯度是否也能建構基因組和蛋白質組化學計量。重點關注東部熱帶北太平洋最低氧區 (OMZ)，我們使用比較宏基因組學來研究氮可用性如何沿著 OMZ 的垂直梯度和兩個大小部分之間的垂直梯度影響微生物和病毒基因組特性，從而區分自由生活的微生物與顆粒相關的微生物。我們發現，在不同深度的氮利用率範圍內，與自由生活的細菌和古細菌相比，顆粒相關的編碼蛋白的氮含量大幅增加。在每個尺寸分數中，我們發現細菌和病毒基因組氮往往隨著硝酸鹽濃度隨深度的增加而增加。與細胞基因相反，病毒蛋白的氮含量在大小部分之間沒有差異。我們確定精氨酸是調節細菌、古細菌和病毒核心基因 C:N 比率的關鍵氨基酸。功能分析表明，顆粒相關的細菌宏基因組富含參與精氨酸代謝和有機氮化合物分解代謝的基因。我們的結果與細胞和病毒基因組在米到微米空間尺度上的氮精簡一致。這些影響的程度與先前報告的數千公里尺度的影響相似。 重要性 海洋微生物的基因組可以透過營養循環來塑造，已知海洋尺度的氮可用性梯度會影響微生物的胺基酸使用。然而，目前尚不清楚基因組特性如何在較小的空間尺度上受到養分變化的影響，例如，沿著垂直過渡到最低氧區（OMZ）或從碎屑顆粒的外部到內部。在這裡，我們透過使用來自東部熱帶北太平洋 OMZ 硝胺的宏基因組（包括顆粒相關和非相關生物量）來測量海洋細菌、古細菌和病毒的蛋白質氮使用量。我們的結果顯示，顆粒相關微生物中的基因組和蛋白質組氮含量較高，且在細胞和病毒基因組的氮可用性較高的深度。這項發現表明，化學計量影響著多個尺度的微生物和病毒進化，包括與顆粒相關的生活方式和自由生活方式相關的微米到毫米尺度。