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Jun 01, 2023

박테리아와 고세균 단일 개요

과학 데이터 10권,

과학 데이터 10권, 기사 번호: 332(2023) 이 기사 인용

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산소 최소 구역(OMZ) 또는 무산소 해양 구역(AMZ)으로 불리는 산소 결핍 해양 수역은 일반적인 해양학적 특징입니다. 이곳에는 저산소 조건에 적응한 국제적 미생물과 고유 미생물이 모두 서식하고 있습니다. OMZ와 AMZ 내의 미생물 대사 상호작용은 결합된 생지화학적 순환을 유도하여 질소 손실과 기후 활성 미량 가스 생산 및 소비를 초래합니다. 지구 온난화로 인해 산소가 부족한 물이 팽창하고 심화되고 있습니다. 따라서 기후 변화가 해양 생태계 기능과 서비스에 미치는 영향을 모니터링하고 모델링하려면 산소 결핍 지역에 서식하는 미생물 군집에 초점을 맞춘 연구가 필요합니다. 여기에서는 대표적인 OMZ 및 AMZ 지구화학적 프로필을 포괄하는 해양 환경의 5,129개 단일 세포 증폭 게놈(SAG)에 대한 개요를 제시합니다. 이 중 3,570개의 SAG가 다양한 수준의 완성으로 시퀀싱되어 OMZ 및 AMZ 미생물 군집 내의 게놈 콘텐츠 및 잠재적인 대사 상호 작용에 대한 변형 해결 관점을 제공합니다. 계층적 클러스터링을 통해 유사한 산소 농도와 지리적 영역의 샘플도 유사한 분류학적 구성을 갖고 있음을 확인하여 비교 커뮤니티 분석을 위한 일관된 프레임워크를 제공했습니다.

산소 결핍 구역은 유기물이 분해되는 동안 미생물의 호흡 산소 요구량이 산소 가용성을 초과할 때 발생하는 일반적인 해양학적 특징(그림 1)입니다. 이러한 물은 산소 이상(20~90 μM), 아산소(1~20 μM), 무산소(1 μM 미만) 또는 무산소 황(검출 가능한 산소 없음) 범위의 산소 조건을 기반으로 정의됩니다1,2. 북태평양 아열대 환류와 같은 해양 중층 산소 최소 구역(OMZ)은 가라앉는 입자상 유기물의 미생물 재석회화를 통해 혐기성 대사를 지원할 수 있는 산소 결핍 상태를 나타냅니다3(그림 1a). 북동부 아북극 태평양(NESAP)과 같은 저산소 해안 및 외해 OMZ는 질산염(NO3-) 환원을 위한 산화환원 전이를 포함하는 저산소 조건을 나타냅니다(그림 1a). 무산소 해양 구역(AMZ)은 황화물 축적이 있거나 없는 아질산염(NO2-) 축적(각각 황화물 저층수와 외해 또는 저산소 최소 구역(OMZ))으로 구분됩니다4,5,6. 예를 들어, 동부 열대 북태평양(ETNP)과 동부 열대 남태평양(ETSP)의 AMZ는 NO3-를 NO2-로 환원하고 황화수소(H2S) 축적 없이 질소 생성물을 추가로 감소시키는 나노몰 산소 조건을 제공합니다(그림 1a). 대조적으로, 나미비아 해안에서 용승하는 Benguela와 같은 해안 용승 시스템은 일시적인 황화물 기둥의 출현을 뒷받침하는 산소 결핍의 일시적인 변화를 나타냅니다(그림 1a). 무산소 황화 조건은 빙하가 물 순환을 제한하는 Saanich Inlet(SI)과 같은 해안 피요르드에도 존재합니다. 발트해와 같은 주변 바다에서도 황화성 바닥 조건이 관찰됩니다(그림 1a).

산소 최소 구역(OMZ) 및 무산소 해양 구역(AMZ) 지구화학적 프로파일 및 샘플링 위치의 글로벌 지도. (a) 산소가 부족한 해양수의 다양한 지구화학적 프로필이 도식화되어 있습니다(Ulloa et al., 2012에서 수정됨)4. 실선은 관찰된 데이터를 나타내고 점선은 산발적인 축적 이벤트를 나타냅니다. (b) 단일 세포 증폭 게놈(SAG)에 대한 OMZ 및 AMZ 샘플링 위치가 표시됩니다. 각 위치에서 얻은 총 수(흰색) 및 시퀀스된(검은색) SAG는 데이터 세트의 해당 샘플 수에 비례하는 원으로 표시됩니다. 바다는 2018년 연례 NOAA 세계 해양 지도(World Ocean Atlas119)에서 각 1° 및 5° 그리드에 대해 보고된 산소 농도에 대한 가장 낮은 평균 통계 값에 따라 색상이 지정되었으며, 흰색 그리드는 산소 농도 데이터를 사용할 수 없는 위치를 나타냅니다. 해양 중층수의 샘플링 지점에는 북태평양 아열대 환류(NPSG)와 남대서양 아열대 환류(SASG)가 포함됩니다. 저산소 OMZ의 샘플 현장에는 북동부 아북극 태평양(NESAP)이 포함됩니다. AMZ의 샘플 사이트에는 동부 열대 북태평양 환류(ETNP) 및 동부 열대 남태평양 환류(ETSP)가 포함됩니다. 일시적인 황화물 바닥을 갖는 해안 용승 시스템의 현장에는 동부 남태평양 해안 용승(ESPCU) 및 벵겔라 해안 용승(Benguela)이 포함됩니다. 황화물 바닥 유역의 샘플링 장소로는 Saanich Inlet(SI)과 발트해가 있습니다. 지리 위치 파악 좌표와 각 위치의 샘플 수는 표 1에 자세히 설명되어 있습니다.