大洋中脊热泉喷出的热液进入海洋水体后，在热浮力作用下迅速上升，并与周围海水混合，热液组分浓度迅速稀释至原有的10－4～10－5倍。混合后的流体在达到中性浮力前可上升数百米，同时发生侧向扩散，其扩散范围在空间尺度上可达数千公里，形成热液羽状流。热液羽状流是深海热量和物质循环的重要组成部分，对热泉喷发及火山活动释放的洋底微生物在大洋内及大洋之间的迁移和分布有重大影响。密歇根大学的学者基于宏基因组学技术，对深海热液羽状流中微生物的结构和功能开展研究。
Metagenomicresolutionofmicrobialfunctionsindeep-seahydrothermalplumesacrosstheEasternLauSpreadingCenter
KarthikAnantharaman,JohnABreierandGregoryJDick.
杂志：TheISMEJournal
发表时间：.10
IF：9.
1文章简介深海热液羽状流的微生物在全球范围内影响海洋生物地质化学的演变，在上升的热液羽状流中，微生物代谢和颗粒形成、结合的过程造成了化学物质的转变。本研究利用宏基因组和生物能量学模型来描述与可利用电子供体相关微生物的多样性和其遗传潜能，主要针对于来自西太平洋中洋脊的5个不同的热液羽状流和3个背景相关的深海水域。其中，有个不同的基因箱被鉴定，预测包括古生菌、细菌、真核生物和病毒的个基因组。这些基因组很大一部分来自新的微生物，对于到目前为止未知的微生物群落的能量代谢提供了新视角。
2材料与方法沿着西太平洋东劳扩张中心（theEasternLauSpreadingCenter，ELSC）有6个不同的喷口区域，本文选取从北到南5个不同热液通气喷口区域的样本。共取样92个热液羽状流和深海样品，其中有78个样品是用一种采水悬浮粒子，从上升的羽状流中和深海中取得；另外14个样品用尼斯金采样瓶采集。
提取样本DNA，使用IllustraReady-To-GoGenomiPhiV3扩增试剂盒扩增测序，鸟枪法IlluminaHiSeqPE测序。（对比标准的宏基因组和16S的丰度，两者表现出相似的丰度模式，表明任何扩增的偏好性不会掩盖主要趋势）。
3研究结果1.对长度4Kb的contigs（共计62,contigs）进行ESOMbinning分析，5个区域的组装结果装箱在一起，来鉴别不同区域相似的生物体组成。获得个不同的宏基因组盒（bins），包含98种细菌、7种古菌、1种真核生物和假定的染色体外元素（质粒/噬菌体/前噬菌体），共代表着个基因组序列；
图1将ELSC的组装得到的contigs，利用ESOM分配到特定的
细菌、古细菌和真菌群
2.宏基因组盒（bins）的功能分辨
分析了5个热液羽状流取样部位的bins，鉴定编码能量、碳代谢、电子供体、受体途径的基因，涉及参与硫、氢气、氨、亚硝酸盐、甲烷的氧化、自养/异养和发酵微生物等。
图2在五个取样点中能量和碳代谢丰度排名前50的bins
图3I型膜结合的镍-铁氢化酶的系统发育树
3.潜在电子供体的生物能量学模型
由于缺少热液羽状流中溶解性化学物质的浓度，本文使用平衡热力学反应模型估计Abe、KiloMoana和Mariner三个地区热液羽状流中溶解性化学物质。氧气被认为是普通的电子受体，与潜在电子受体如NO3-、NO2-、NO、Fe3+、Mn4+和SO42-，在高温中有更大的代谢作用，这些过程只发生在通风口和地表下岩石。
图4基因丰度和无机电子供体相关的，可利用自由能的
热力学-生物能量学评估的比较
图5利用6种丰富电子供体的物种基因组丰度
4.ELSC上的无机代谢的整体分布
宏基因组数据表明硫氧化基因在ELSC群体中是最丰富的无机电子供体，与可利用自由能合成的生物能源模型相一致。硫氧化菌在丰度和多样性上都占优势地位，氢气氧化与硫氧化基因的基因组有着相似的丰度，但多样性相对较少。含氮氧化和铁氧化基因的基因组，丰度和多样性相对很低。
4研究结论本研究丰富了对ELSC热液羽流中的古细菌，细菌，真菌和病毒的基因组和代谢潜力的研究。硫氧化菌的氧化作用在ELSC所有的热液羽状流中是最丰富的无机物能量代谢。在氢和甲烷氧化微生物中也观察到硫氧化基因，表明ELSC热液羽流中的优势微生物具有各种各样的代谢方式。硫氧化微生物的丰富性和多样性，加上代谢的多功能性，能够让其在热液羽状流的动态环境中存活。宏基因组分析和生物能量学模型显示，在ELSC初级生产者代谢供能中，氢气、甲烷和氨的氧化作用中相对较小。在ELSC的不同地区之间热液流体地球化学的差异显著，由于硫代谢的优势作用，Mariner地区丰富铁浓度，而其对于微生物群落的影响是相对次要的。
文章亮点聚焦海洋热液中的微生物，binning组装基因组鉴定物种；
将宏基因组测序和生物能量学模型结合，挖掘基因代谢潜力；
研究结果图象展示生动美观，分析讨论有条有理。
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参考文献：
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3.WalkerSL,BakerET.Particle-sizedistribuionswithinhydrohermalplumesovertheJuandeFucaRidge[J].MarineGeology,,78:-.
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