Selected Bacteria Are Critical for Karst River Carbon Sequestration via Integrating Multi-omics and Hydrochemistry Data

Hongxiang Xu, Qiong Xiao, Yongdong Dai, Dexin Chen, Cheng Zhang, Yongjun Jiang, Jianping Xie.

Microb Ecol. 2023 Oct 13. doi: 10.1007/s00248-023-02307-6.

论文链接：https://rdcu.be/dowKg

近日，来自西南大学生命科学学院的谢建平研究员、西南大学地理科学学院的蒋勇军教授、中国地质科学院岩溶地质研究所的章程研究员团队在Microbial Ecology期刊上共同发表了题为Selected Bacteria are Critical for Karst River Carbon Sequestration via Integrating Multi-omics and Hydrochemistry Data的研究论文。该研究基于多组学方法表征了漓江中微生物有机碳代谢过程与碳循环动力学的潜在相关性，并揭示了与岩溶水生系统碳汇潜在相关的细菌，积极响应了党的二十大提出的积极参与应对气候变化全球治理的要求。

海洋碳汇对缓解全球变暖具有重要意义。大气中的二氧化碳通过海洋生物碳泵被持续吸收并转化为溶解有机碳（DOC）。其中，惰性溶解有机碳（RDOC）是DOC的主要组成部分，其在海洋中的储量相当于大气中的二氧化碳库。RDOC对碳封存至关重要，因为它可以持续数千年，这可能是由于其在特定环境中难以被分解，或因为其浓度过低而未达到微生物的利用阈值。在海洋中，微生物碳泵（MCP）是RDOC形成的重要机制。然而，微生物对内陆水生系统RDOC形成的重要性仍不清楚。本文以中国西南地区典型岩溶水生系统漓江为例，通过整合宏基因组和宏转录组测序，揭示了漓江上下游微生物群落功能组成和转录活性的空间变化，并寻找碳封存过程中潜在的关键物种。

作者通过宏基因组分箱方法，从漓江水体和淤泥中共回收了45个宏基因组组装基因组（MAGs）。对MAGs的功能注释表明，变形杆菌门降解复杂有机碳的能力较弱，而拟杆菌门在利用高分子有机碳方面具有很高的潜力。基因组尺度的代谢模型表明，细菌群落中共享代谢产物的增加与DOC浓度的增加有关。对KEGG模块丰度和RDOC浓度的相关性分析表明，亮氨酸降解通路和甲羟戊酸途径介导的萜类物质合成通路的丰度与漓江RDOC浓度呈正相关，提示亮氨酸降解通路-甲羟戊酸途径的偶联可能是细菌产生RDOC的重要方式。此外，作者还发现与RDOC浓度显著负相关的Limnohabitans和UBA4660细菌，其基因组中亮氨酸降解途径不完整，进一步支持完整亮氨酸降解途径对RDOC产生的潜在意义。

西南大学博士研究生许鸿翔和中国地质科学院岩溶地质研究所肖琼研究员为文章的共同第一作者。西南大学谢建平研究员、蒋勇军教授和中国地质科学院岩溶地质研究所的章程研究员为文章的共同通讯作者。

图1微生物介导的多种有机碳降解过程。（a）在每个MAG中检测到的复杂有机碳降解相关基因的数量。（b）淤泥中碳水化合物活性酶的Shannon指数显著低于水体。（c）丰度最高的前30种碳水化合物活性酶。