23 2016．06

海洋微生物種群結構與環境關係的研究

海洋不僅是人類的精神寄託之處，更是孕育生命的搖籃。40億年前，生命誕生於此，經歷漫長的進化，才有了今天這多姿多彩的世界。

海洋中關於生命存在有許多未知之處，人類對於它的好奇和探索從未停止。

今天我們來看一下關於海洋微生物的最新研究。

塔拉海洋項目，一個由40個國家組成的國際研究團隊，在2009年到2013年之間乘坐110英尺長的雙桅船Tara，對太平洋、大西洋、印度洋等海域展開調查，在68個地點從水面到水下2000m的範圍採集了243個研究樣本，並藉由基因研究等方法推測微生物的種類，研究全球海洋微生物的種群結構和功能及其與環境的關係。此研究結果於2015年發表在Science (IF：33.61)

研究方法

1. 材料選取

2009-2013年藉由Tar a Ocean Expedition在全球主要代表性海洋區域（北極除外）68個採樣點三層（表層SRF、最低光合作用層DCM以及中層MESO）不同海水中採集243份水樣，記錄其形態學、遺傳學和環境資料。

2. 建庫定序策略

300bp library，illumina PE100定序，共得到7.2TB資料量，每個樣本29.6±12.7Gb資料。

圖1 全球海洋範圍內的取樣點

研究結果

1. 海洋與人腸道，基因功能大同小異

研究中建立了一個全球海洋微生物內參基因目錄（OM-RGC），包含＞4000萬個來自病毒、原核生物、微型真核生物的非冗餘，且大部分為新發現的基因，約為人體腸道微生物內參基因目錄數目的4倍，大部分為細菌中的基因。

圖2 海洋微生物和人腸道微生物核心直系同源家族

2. 海洋深度影響微生物物種豐度和細胞密度

PCoA分析顯示，跟光照、溫度和營養相比，海水深度對微生物種群構成的貢獻率為73%，隨海水深度的增加，微生物物種和功能多樣性增加，而細胞密度和細胞最大增長速率降低。

圖3 海洋微生物的垂直分佈

3. 不同溫度和緯度下物種豐度不同

對海洋表層的139個原核生物樣本進行PCoA分析發現，溫度和溶氧量是影響原核生物分類和功能組成的主要因素，其中溫度的相關性更大，隨著溫度的升高，物種豐度呈現先升高後降低的趨勢，峰值出現在中緯度區域。

圖4 溫度對物種豐度的影響

研究結論

此論文藉由宏基因組定序及分析，研究得到很多珍貴資源如海洋微生物內參基因列表、浮游生物（病毒、原核生物、微小真核生物）多樣性普查表，為研究海洋微生物之間及微生物與環境交互作用提供方法理論基礎。研究發現溫度是微生物物種多樣性最大的驅動力，全球海洋微生物中的功能潛在地受到全球氣候變化的影響。

參考文獻
Sunagawa S, Coelho LP, Chaffron S, et al . Structure and function of the global ocean microbiome. Science . 2015, 348(6237): 1261359

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