The Innovation Life | 全球海洋微生物组目录开启窥探海洋微生物世界的大门

希望通过《全球海洋微生物组目录（GOMC）》的研究，揭示海洋微生物的种类和功能潜力，为理解海洋生物间及其与环境间的互作关系提供新视角，为微生物资源开发与生态环境应用等带来新机遇，并助推生命科技创新和气候环境问题的解决。

《全球海洋微生物组目录（GOMC）》为我们开启了窥探海洋微生物世界的大门。它展示了海洋微生物的高度多样性和功能潜力，也为研究海洋微生物与其他生物和环境的互作提供了新思路；这一研究将加速我们对海洋微生物独特生命机制的探索和珍贵微生物与基因资源的挖掘利用，为新药研发、海洋负排放与生态保护技术开发等带来新机遇。

海洋微生物是海洋生态系统的主导者，它们在驱动生物地球化学循环和调节全球气候中扮演着关键角色。Chen等人在《自然》杂志上发表的《全球海洋微生物目录》（Global Ocean Microbiome Catalogue，简称GOMC），为我们提供了一个全面的海洋微生物基因组数据库。它不仅揭示了海洋微生物的多样性，还展示了它们在生物技术、医学和环境管理中的潜在应用，标志着我们在理解和利用海洋微生物资源方面迈出了重要一步。

GOMC包含了来自全球各种海洋环境的24,195个种水平微生物基因组，极大扩展了我们对海洋微生物多样性和功能角色的理解，为识别更多关键的微生物功能基因和代谢途径提供了基础，有助于微生物在生物材料、医学、生物能源等领域的工程化应用。微生物与其生物环境和非生物环境密不可分，GOMC助力我们深入探究微生物与其生物环境和非生物环境之间复杂的相互作用，这对于准确理解微生物功能、特定功能所需的潜在条件及其生态意义至关重要。例如，藻类一般生活在海洋有光层，是主要的初级生产者，一些特定细菌可以为藻类提供环境竞争优势。但值得一提的是，科学家们在黑暗的深海环境中也发现了活体藻类细胞，或许其共存细菌可能有助于藻类在极端条件下的存活。基于GOMC及环境信息，研究人员可以建立特定的数据子集，专注于那些能够调节藻类与细菌相互作用的关键物质的细菌合成途径，包括促藻生长物质如吲哚-3-乙酸，以及抑制物质如四溴联苯二酚。这些数据集将有助于探索和破解藻-菌互作新过程和机制，为开发藻类生长调控技术及赤潮治理策略提供新的启示。

海洋中微生物和病毒（即噬菌体）之间复杂互作亦备受关注。GOMC提供了一个庞大的种水平的微生物基因组库，使其成为识别和探究微生物群落中前噬菌体的理想资源，有助于建立新型的遗传工具、治疗剂或创新的生物技术平台，例如开发新的CRISPR-CAS系统。此外，在相同生态环境中，微生物之间的相互作用非常频繁且至关重要。例如在生物膜和透明胞外多糖中，微生物之间可以共同降解多糖、交叉喂养或顺序合成化合物。GOMC支持开发前噬菌体数据集和与群体感应和囊泡合成等微生物互作相关的基因子集，这为我们深入理解微生物之间的沟通机制和共同进化过程提供了有力工具。

GOMC还极大地深化了我们对海洋微生物在推动元素循环中所扮演角色的理解。微生物组学已经帮助我们发现了甲烷生成、氮循环和固碳等新途径。借助GOMC，研究人员能够便捷地构建聚焦于关键功能过程的微生物数据集，涵盖固氮、甲烷产生、甲烷氧化和固碳等领域。通过将这些数据集与实际环境参数相结合，研究人员不仅能有效识别新的微生物分类群，还能探索这些基本功能可能存在的生态位。海洋是地球上重要的碳汇，而海洋微生物在碳循环中扮演着关键角色。它们通过微生物碳泵（MCP）将活性的溶解有机碳转化为长期稳定的惰性溶解有机碳。尽管MCP对全球气候调节至关重要，但其机制尚不完全清晰，主要是因为缺乏对微生物代谢和环境碳分子的全面理解。GOMC提供了深入探索MCP的分子和遗传基础的独特资源，将这些数据与海洋有机碳分子指纹和先进的人工智能技术相结合，有助于建立微生物基因功能与复杂有机化学分子间的联系，进而增强我们对海洋碳汇过程与机制的认识，并为全球气候变化缓解策略以及海洋负排放技术的开发提供科学依据（图1）。

GOMC将基因组数据与功能分析相结合，为海洋微生物的生态和生物技术潜力探索带来了新机遇。当前微生物在应对全球性挑战，如抗药性、塑料污染和气候变化等方面，正发挥着越来越重要的作用。GOMC将帮助解析海洋微生物与环境和其他生物之间的复杂互作关系，并揭示微生物生命新机制，为珍贵微生物与基因资源的开发与利用提供重要推动力。其应用前景广泛，将在未知生命奥秘探索、新药开发、海洋负排放技术与生态保护等多个领域发挥重要作用。

张增虎   中国科学院青岛生物能源与过程研究所，海洋碳汇与能源微生物团队，副研究员，中国科学院青年创新促进会会员，山东省泰山学者青年专家。聚焦藻菌关系及其驱动的海洋碳汇。以第一作者或通讯作者在Science Adv、ISME J、Global Change Biol、mBio等本领域权威期刊发表SCI文章25篇。主持国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金面上基金等。

http://mbcs.qibebt.ac.cn/info/1040/1041.htm

焦念志   中国科学院院士，发展中国家科学院院士，美国微生物科学院院士，厦门大学教授、碳中和创新中心首席科学家，海洋负排放（ONCE）国际大科学计划首席科学家。主要从事微型生物海洋学与海洋碳汇研究，建立了海洋储碳新机制—“海洋微型生物碳泵”（Microbial Carbon Pump, MCP）理论，研究成果发表在Nature系列、Science系列等刊物，获国家自然科学二等奖（2次）、何梁何利科学与技术进步奖、全国创新争先奖等。

https://cnir.xmu.edu.cn/kytd/sxkxj.htm

张永雨   中国科学院青岛生物能源与过程研究所，研究员，海洋碳汇与能源微生物团队负责人，清源学者（首席研究员），山东省泰山产业领军人才团队负责人。长期专注于微生物（含病毒）与藻类互作关系及其关联的海洋储碳、微生物（含噬菌体）资源开发等研究。在Science Adv、Nature Commun、NSR、ISME J、Global Change Biol、EST、mBio 等期刊发表论文百余篇。主持科技部重点专项课题、基金委联合基金重点项目等。

http://mbcs.qibebt.ac.cn/info/1040/1039.htm