背景
浮游植物群在全球生物地球化学循环中发挥重要作用，是海洋食物网的基础。虽然通过全球范围的元基因组探测对它们的未培养基因组多样性进行了估计，但这种方法尚未估算复杂度的极地和非极地海洋浮游植物再生组，其中包含持久真核生物及相关的原核生物。本研究旨在从北极和大西洋的大西洋植被最大层中构建浮游植物再生组的元基因组，重点关注微型和纳米浮游植物及相关的异养核生物。
摘要
本研究从679 Gbp和估计的5000万个基因中恢复了143个高质量的元基因组（MAGs）。北极和大西洋的MAGs之间有严格的划分，但同一海洋中的相邻站有51- 88%的MAG是共享的。系统生长分析表明，北极的真核MAG更加多样化，而大西洋的原核MAG则表现出更高的多样性。约70%的蛋白质家族在北极和大西洋的MAG之间是共享的，然而北极的真核MAGs具有更独特的蛋白质家族。研究表明，浮游植物维持组的落结构可能受到北极和温暖的热带及亚热带大西洋之间环境条件显着差异的驱动。
结果
1.样本采集与数据生成
研究共从11个采集站采集了样本，包括北极和亚热带大西洋。共获得4.53亿个读取段，构建后生成42.10百万个序列，预测的基因总数5000万个。结果显示，极地站点的真核生物基因相对丰富，占总基因的25-46%；非极地站点的真核生物基因仅占10-31%。极地和非极地样本之间的基因拷贝数差异具有统计学意义显着性。
2.原核MAGs的系统发育树
研究共从11个采集站采集了样本，包括北极和亚热带大西洋。共获得4.53亿个读取段，构建后生成42.10百万个序列，预测的基因总数5000万个。结果显示，极地站点的真核生物基因相对丰富，占总基因的25-46%；非极地站点的真核生物基因仅占10-31%。极地和非极地样本之间的基因拷贝数差异具有统计学意义显着性。
3.真核MAGs的系统发育树
此图与图2类似，但专注于真核MAGs的系统发育分析。图中展示了真核MAGs在不同类群（如Bacillariophyta、Mamiellophyceae等）中的分布，强调了与参考基因组的相似性。这一结果揭示了北极和非极地真核生物的多样性和潜在的新种。
4.MAGs在不同取样站的覆盖情况
此图是一个热图，显示了不同MAG在北极和非极地取样站的覆盖情况。覆盖深度的色块反映了MAGs在各个站点的丰度，深色表示高覆盖，浅色表示低覆盖。此结果表明，北极的MAGs覆盖普遍较高，反映出该区域的生物多样性。
5.跨界种群之间的关系
该图展示了不同MAGs之间的相互作用，特别是浮游植物与异养细菌之间的关联。通过线性回归分析，图中展示了各对MAG的覆盖量，指示了正相关和负相关的关系，强调了微生物之间的相互依赖性和竞争关系。
6.MAGs的功能注释与GO术语分析
此图通过主成分分析（PCA）和条形图展示了MAGs的功能特征。PCA图显示了MAGs的功能聚类情况，而条形图总结了北极和非极地环境中，MAGs共享的和独特的GO术语数量。结果表明，北极MAGs在冷暴露相关功能上表现出更高的丰富度，而非极地MAGs则在光合作用相关功能上占据优势。
7.各类MAGs的注释和比较
该图总结了不同MAGs的功能注释，比较了北极和非极地MAGs的功能特征和基因组成。通过GO术语的富集分析，图中强调了每个MAG的功能特征差异，尤其是极地和非极地环境下的适应性策略。这一结果进一步支持了两者在生态功能上的不同。
结论
本研究为复杂的浮游植物微生物组提供了基因组背景，揭示其群落结构可能受到北极与温暖的大西洋表层水之间环境条件显著差异的驱动。北极地区的浮游植物微生物组具有独特的基因组特征，反映出极地生态系统的复杂性和适应性。这些结果为理解气候变化对海洋微生物群落的影响提供了新视角。
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