上海
撰文丨王聪
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
近日，来自上海交通大学、中国科学院深海科学与工程研究所及华大生命科学研究院的一项新研究登上了Cell Press官网头条。
该研究以： Unveiling active microbial processes in Earth’s deepest seawater 为题，发表于 Cell 子刊Cell Host & Microbe，上海交通大学肖湘、赵维殳和华大生命科学研究院孟亮为论文共同第一作者， 中国科学院深海科学与工程研究所张维佳等为论文第一作者。
该研究通过 12 次载人潜水器下潜，对深渊海水进行大体积原位过滤，建立了 DNA-蛋白质共提取与共分析流程，并利用宏基因组指导的宏蛋白质组分析，系统解析了地球最深处海水中的活跃微生物和病毒过程。
超深渊带（Hadal Zone）是指从海平面以下 6000 米至马里亚纳海沟最深处（11000 米的挑战者深渊）的海洋区域，是地球上最极端且探索最少的环境之一。这些深渊环境具有 60-115 兆帕的超高静水压力、黑暗、接近冰点的温度以及营养物质匮乏等特点，对地球上的大多数生命形式构成了严峻挑战。
微生物在这些极端环境中占据主导地位，依赖培养和非培养方法的研究均表明，深渊微生物群落与上层水体中的微生物群落存在显著差异。比较基因组分析显示，来自马里亚纳海沟的分离菌株中金属离子转运蛋白的丰度更高，表明深渊微生物已特化适应了海沟内高浓度重金属带来的胁迫。此外，基于 16S rRNA 基因的调查发现了一些可能降解难降解有机物的微生物类群存在于深渊海水中。最近，对深渊沉积物样本宏基因组的系统性研究发现，深渊原核生物具有独特的代谢潜力，与非深渊海洋区域的微生物明显不同。深渊沉积物微生物群落表现出降解芳香化合物以及抵御活性氧的抗氧化防御能力，这可能反映了其对深渊极端环境的选择性适应。然而，由于采样困难且生物量极低，这些深渊微生物的由宏基因组预测的代谢潜力是否在原位被实际表达，目前尚未经证实。
在这项新研究中，研究团队通过 12 次载人深潜器下潜期间的原位过滤，采集了深渊海水中的微生物组样本。结合 DNA-蛋白质联合提取与宏基因组引导的宏蛋白组学分析，共鉴定出 135073 个非冗余的活性蛋白，其中超过 95% 为深渊特有。宏蛋白组定量分析揭示了不同生物地理来源和基因组特征的高活性与低活性类群。深渊微生物呈现出与上层海洋截然不同的代谢模式，优先利用难降解有机物（例如芳香族化合物、卤代物和 D-氨基酸）以及扩展的电子受体（例如硫代硫酸盐和重金属），共同驱动深渊元素循环。
该研究还鉴定出 28718 个物种水平病毒操作分类单元，并从 682 个活跃病毒中检测到 773 个病毒蛋白，涵盖病毒结构、核酸加工及溶原和裂解生命周期相关功能。两类病毒的病毒-宿主丰度比均随宿主丰度升高而下降，但温和型病毒下降较缓，且 62.28% 的温和型病毒-宿主关联指向高活跃宿主，符合“搭乘幸存者假说”（Piggyback-the-Winner）。烈性病毒则保持更高丰度，并广泛感染不同活跃状态的宿主；温和型病毒优先与高活跃宿主共存，烈性病毒维持广泛感染，两种生活方式占据不同生态位，共同影响深渊微生物群落的组成与功能。
研究团队在 12 次下潜（深度为 6-11 公里）期间对深渊海水进行了原位过滤，从而实现了基于宏基因组的宏蛋白质组学分析。与上层海洋相比，地球最深处的海洋生态系统表现出独特的活跃微生物过程，表明超深渊带对生物地球化学循环的贡献远超以往认识。
总的来说，这些发现为深渊微生物活动提供了蛋白质组水平的证据，并揭示了与上层海洋不同的生物地球化学循环过程，凸显了深渊微生物组在全球海洋生态系统中被低估的重要性。
论文链接：
https://www.cell.com/cell-host-microbe/fulltext/S1931-3128(26)00282-9
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