染色體水平超大基因組：
研究團隊利用PacBio?HiFi長(cháng)讀長(cháng)測序和Hi-C三維基因組技術(shù)，成功組裝了H.?gigas的染色體水平的高質(zhì)量基因組（大小13.92?Gb）?；蚪M分析揭示了其兩大主要特征：內含子延長(cháng)和重復序列擴張。與近緣物種相比，H.?gigas的內含子長(cháng)度顯著(zhù)增加，主要是由于重復序列的插入，尤其是串聯(lián)重復和長(cháng)散在重復序列（LINEs）轉座子。H.?gigas基因組中71.98%為重復序列，主要為串聯(lián)重復，占到基因組的46.03%，顯著(zhù)高于其他無(wú)脊椎動(dòng)物。特別是，與其他無(wú)脊椎動(dòng)物基因組相比，H.?gigas基因組中長(cháng)單元串聯(lián)重復序列（小衛星，10-100?bp）的比例更高，其比例與無(wú)脊椎動(dòng)物基因組大小正相關(guān)。這些重復的產(chǎn)生可能與深淵極端環(huán)境的適應有關(guān)。
地理隔離塑造了不同鉤蝦群體的遺傳分化：
研究團隊對馬里亞納海溝的510只（11個(gè)群體）、雅浦海溝94只（1個(gè)群體）及西菲律賓海盆深淵區的18只（1個(gè)群體）H.?gigas個(gè)體進(jìn)行了高覆蓋的全基因組重測序和群體遺傳學(xué)分析。結果顯示來(lái)自馬里亞納海溝11個(gè)不同深度（~7000-11000米）群體不存在遺傳分化，表明生活在馬里亞納海溝內的鉤蝦是一個(gè)完全混合的群體，高靜水壓不會(huì )限制其在海溝內的垂直遷移。而西菲律賓海盆的鉤蝦群體與馬里亞納海溝的群體則表現出明顯的遺傳分化。這兩個(gè)海溝間相隔~(yú)1500公里，表明地理隔離阻礙了群體間的基因交流。
冰期-間冰期氣候變化可能影響深淵種群動(dòng)態(tài)歷史：
研究結果顯示H.?gigas的有效種群在約100萬(wàn)年前經(jīng)歷了一次急劇下降，這與更新世深海溫度的大幅波動(dòng)高度吻合。經(jīng)過(guò)遺傳瓶頸后，鉤蝦群體又經(jīng)歷了種群擴張。這一結果說(shuō)明，更新世時(shí)期大的冰期-間冰期氣候變化可能不僅造成了陸地動(dòng)物的大規模滅絕，而且也深刻影響了深海甚至深淵動(dòng)物。
宿主-微生物協(xié)同合作適應深淵極端環(huán)境：
研究團隊通過(guò)宏基因組和代謝組學(xué)整合分析揭示了H.gigas與共生菌的協(xié)同合作可能是鉤蝦適應深淵極高靜水壓和食物匱乏環(huán)境的關(guān)鍵。
氧化三甲胺（TMAO）是一種滲透調節物質(zhì)，在滲透壓調節以及在高靜水壓條件下維持細胞完整性方面發(fā)揮著(zhù)重要作用。檢測發(fā)現，隨著(zhù)深度增加，鉤蝦腸道內容物中TMAO濃度顯著(zhù)升高，體組織中也呈現類(lèi)似趨勢。鉤蝦自身編碼fmo3基因，可將三甲胺（TMA）轉化為T(mén)MAO。而其優(yōu)勢共生菌Psychomonas的基因組中攜帶cutC和cutD基因簇，可將膽堿分解為T(mén)MA；同時(shí)擁有torYZ操縱子，可以將TMAO還原為T(mén)MA，從而調控宿主體內的TMAO濃度，形成動(dòng)態(tài)平衡。
極低的生產(chǎn)力和有限的食物被認為是制約深海生物代謝的關(guān)鍵因素之一。有研究推測H.?gigas可能具備消化木質(zhì)碎屑的能力。該研究在H.gigas基因組中發(fā)現了4種內切葡聚糖酶基因，可以將纖維素初步分解為纖維二糖；在共生菌Psychomonas中發(fā)現了纖維二糖酶、celB基因和磷酸纖維二糖酶，負責將纖維二糖進(jìn)一步轉化為D-葡萄糖，從而形成完整的纖維素代謝通路。這一機制可能最終促使H.gigas能夠高效利用深淵食物資源，從而使其在食物匱乏的深淵海溝中成為一大優(yōu)勢類(lèi)群。
總?結
目前，理解動(dòng)物如何適應深淵仍然是一個(gè)科學(xué)難題。H.?gigas的基因組是全球已發(fā)表的“最深”的動(dòng)物基因組，其群體研究產(chǎn)出的數據量是迄今為止全球最大規模的單一海洋物種重測序，為研究深淵生態(tài)系統提供了寶貴的數據資源。該研究結果也為深入理解生命如何適應深淵環(huán)境提供了新的見(jiàn)解。
]]>研究成果以“Microbial?ecosystem?and?ecological?driving?forces?in?the?deepest?ocean?sediments”為題發(fā)表在《Cell》雜志上。百邁客生物為該研究提供了測序服務(wù)。
Microbial ecosystem and ecological driving forces in the deepest ocean sediments
研究背景
深淵區（水深超6,000米，或根據聯(lián)合國教科文組織定義為水深超過(guò)6500米）占海洋垂直深度的45%，以極端高壓（110兆帕）、低溫（接近冰點(diǎn)）、黑暗及有機質(zhì)稀缺為特征。盡管環(huán)境嚴酷，這里卻孕育了獨特的生物群落，如凝膠狀魚(yú)類(lèi)、端足類(lèi)甲殼動(dòng)物及依賴(lài)化能合成的微生物。這些生物通過(guò)基因和代謝途徑的適應性進(jìn)化，成為研究生命極限的范本。
從1960年起，人類(lèi)對深淵的探索歷程一直伴隨著(zhù)巨大的代價(jià)和犧牲，也為現代深淵研究奠定了基礎。直至中國“奮斗者號”全海深載人潛水器的出現（2020年創(chuàng )下10,909米下潛紀錄），深淵科考進(jìn)入新階段。其220公斤有效載荷、高速水聲通信系統及高國產(chǎn)化率，顯著(zhù)提升了采樣精度與效率。
研究?jì)热菁敖Y果
構建海洋最深生態(tài)系統圖景
上海交通大學(xué)肖湘團隊，作為全球深海高壓微生物領(lǐng)域極少數至今在研的科學(xué)團隊，與中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所等國內多家科研單位共同參加了“奮斗者”號載人潛水器TS21航次，探索了馬里亞納海溝、雅浦海溝和菲律賓海盆6000-11000米水深區域，其中雅浦海溝最深點(diǎn)為人類(lèi)首次探索，采集了包括水體、沉積物、宏生物、巖石等千余份樣本。
通過(guò)對采集的1，648份沉積物樣本進(jìn)行宏基因組測序，研究人員鑒定7,564個(gè)原核微生物物種，其中89.4%為未報道的新物種，這說(shuō)明深淵微生物具有超乎想象的物種新穎性，盡管深淵調查區域的面積不足全球海洋的億分之一，其物種多樣性與已知的全球海洋微生物多樣性相當，說(shuō)明在最深海域超高壓下微生物異常繁榮。
為解釋深淵微生物的異常繁榮，肖湘團隊構建了一種新的基于宏基因組的生態(tài)分析流程，將環(huán)境生態(tài)驅動(dòng)過(guò)程與微生物基因組特征和代謝偏好結合起來(lái)，發(fā)現深淵微生物通過(guò)“精簡(jiǎn)型”和“多能型”兩種截然不同的深淵環(huán)境適應策略，支撐了高新穎性的微生物生態(tài)系統。
圖1.深淵微生物的超高新穎性和多樣性及其生態(tài)成因
構建全球深淵微生物數據庫
“溟淵計劃”構建的全球深淵微生物數據庫，總數據量與過(guò)去十年海洋微生物積累的總數據量相當，研究發(fā)現的深淵微生物出人意料的超高新穎性和多樣性，展現了深淵生命的新資源潛能，可能幫助人類(lèi)解決當前面臨的常規環(huán)境生物資源枯竭的困境。
“溟淵計劃”微生物數據集將依托國產(chǎn)數據庫向全球開(kāi)放共享，呼吁國內外研究學(xué)者協(xié)力攻堅深淵環(huán)境與生命的重大科學(xué)問(wèn)題，拓展人類(lèi)對深部生命的認知邊界。
圖2.全球深淵微生物數據庫
該研究專(zhuān)題報道了深淵研究的重大進(jìn)展，樣本分析顯示出較高的分類(lèi)新穎性，為我們呈現了一個(gè)海洋深處極度繁榮的生態(tài)系統。重點(diǎn)研究了深淵生態(tài)系統，包括深淵微生物、深淵無(wú)脊椎動(dòng)物（鉤蝦）和深淵脊椎動(dòng)物（魚(yú)類(lèi)）的特征與環(huán)境適應，從而描繪了深淵特殊的食物鏈：從微生物到鉤蝦再到魚(yú)類(lèi)。發(fā)現了深淵存在跨越物種邊界的深淵環(huán)境“共適應”策略。
以上內容來(lái)源于上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，侵刪
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