基于基因组解析的温诺格拉德斯基柱中微生物多样性与元素循环研究

Winogradsky柱是研究跨越氧和硫化物陡峭梯度的微生物生物地球化学过程的经典模型生态系统。它们至今仍广泛应用于微生物学教学，使一代又一代学生得以认识微生物多样性。然而，其微生物群落的基因组潜能仍未得到表征。在本研究中，我们对Winogradsky柱群落不同深度的样品进行了鸟枪法宏基因组测序，获得了20个宏基因组组装基因组（metagenome-assembled genomes，MAGs），代表了多样且大多尚未培养的类群。基于基因组的分析揭示了具有多种代谢能力的产氧和不产氧光营养生物；它们可能在柱体的所有层位中参与碳固定和氮固定。这些光营养生物中的大多数还编码了一种或多种硫氧化途径；我们推测，这些途径可能同时支持这些种群的能量 պահպան和/或硫化物解毒。MAGs中广泛存在复杂碳降解能力，提示其可能能够将柱体中添加的有机物（切碎的咖啡滤纸）转化为更小的解聚产物，并进一步通过发酵生成有机酸。总体而言，这些发现揭示了在氧化还原分层系统中，不同微生物功能群可能如何分工协作，完成相互关联的碳、硫和氮转化过程。

Winogradsky柱是研究跨越陡峭氧和硫化物梯度的微生物生物地球化学过程的经典模型生态系统。它们至今仍广泛应用于微生物学教育，使一代又一代学生得以了解微生物多样性。然而，其微生物群落的基因组潜能仍未得到表征。在本研究中，我们对Winogradsky柱群落不同深度的样品进行了鸟枪法宏基因组测序，获得了20个宏基因组组装基因组（MAGs），代表多种在很大程度上尚未培养的类群。基于基因组解析的分析揭示了具有多样代谢能力的产氧和不产氧光合微生物，它们可能在柱体的所有层位参与碳固定和氮固定。大多数这些光合微生物还编码了一种或多种硫氧化途径；我们推测，这些途径可能同时支持这些种群的能量保存和（或）硫化物解毒。MAGs中广泛存在复杂碳降解能力，表明其可能具备将柱体中添加的有机物（撕碎的咖啡滤纸）转化为更小的解聚产物，并进一步通过发酵转化为有机酸的潜能。总体而言，这些发现揭示了不同微生物功能类群如何在氧化还原分层系统中分工协作，完成相互关联的碳、硫和氮转化过程。

感谢您有兴趣传播bioRxiv的相关信息。

注意：要求提供您的电子邮箱地址仅用于确认您是本文的发送者。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.29.748020v1?rss=1

🏷️ 温诺格拉德斯基柱 宏基因组测序 微生物多样性 元素循环 宏基因组组装基因组 生物地球化学过程