Cell：深海“暗物质”基因组图谱问世！9600个单细胞基因组照亮海洋无光区

海洋的无光区（aphotic zone）——即阳光无法到达的黑暗、高压深层水域——蕴藏着极其丰富的微生物生命。然而，科学家对其中许多神秘生物的遗传组成、生长方式和功能仍知之甚少。

为填补这一知识空白，Bigelow Laboratory单细胞基因组学中心（SCGC）的研究人员牵头创建了Global Ocean Reference Genomes Dark（GORG-Dark）——首个全球性深海无光区单细胞微生物图谱。

该资源包含超过9,600个基因组，来自在广泛深度和地点采集的单个微生物细胞，包括马里亚纳海沟和南极——海洋中最深和最冷的区域。

一项发表于《Cell》的新研究展示了该资源的强大能力，利用其庞大的基因组集合，揭示了这些此前研究不足的深海微生物在分布和能力方面的惊人见解。

“通过将来自地球最大、了解最少的栖息地的未培养微生物转化为一个共享的、单细胞分辨的基因组目录，GORG-Dark为我们提供了探索微生物生态学、演化和生物技术的强大资源，”Tianyi Chang说，他是该研究第一作者、Bigelow Laboratory前博士后研究员。

除Tianyi Chang外，该研究还汇集了Bigelow Laboratory多位现任和前任博士后研究员，包括Alaina Weinheimer、Maria Pachiadaki和Keir Macartney。博士后研究员有机会在期刊上发表工作，反映了Bigelow Laboratory博士后培训的实力和机会——这也是该机构教育项目的核心重点。

将基因组与单个细胞联系起来

为创建GORG-Dark，Bigelow Laboratory水生细胞术中心从海洋样本中分离出单个细胞，测量其大小并估算其DNA含量。团队随后使用SCGC开发的技术和数据工具对单个细胞的基因组进行测序。

“这种方法使我们能够将基因组与特定细胞联系起来，”SCGC生物信息学家Gregory Gavelis说。“这种精确性使研究人员能够详细研究世界上一些最罕见的东西。”

SCGC日益丰富的基因组数据已为近期多项发表做出贡献，包括一项揭示缅因州海带森林衰退过程中微生物群落变化的研究。

在更深层扰动之前的基线

GORG-Dark是更大计划中的第二阶段，该计划始于GORG-Tropics——一项对生活在阳光照射海洋中的微生物进行基因组测序的努力。

将工作延伸到深海，为理解一个可能因人类活动向水体更深处推进而面临前所未有变化的环境提供了关键基线。

“在我们改变那里之前，了解那里有什么至关重要，”Gavelis说。

意想不到的深海能力

利用新数据库，研究人员在海洋中一些最丰富的微生物中发现了意想不到的功能和能力。

例如，他们发现了广泛的化能自养遗传潜力。化能自养类似光合作用，但生物体不是利用阳光，而是利用无机化学物质来驱动生长。他们甚至在采样的最深处区域也发现了这种能力，凸显了深海微生物群落对全球碳和营养循环的潜在重要性。

研究人员还鉴定了与产生具有潜在制药和蓝色生物技术应用的特化化合物相关的基因。这些发现为研究深海作为改善人类健康的发现来源提供了新机会。

“我们能够利用来自整个深海的如此大量数据，这真的很令人兴奋，”Bigelow Laboratory博士后研究员Weinheimer说。“拥有一直到海底的单个细胞基因组，解锁了大量研究可能。”（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Tianyi Chang et al, Single-cell-resolved genome atlas of prokaryoplankton inhabiting the ocean's interior, Cell (2026). DOI: 10.1016/j.cell.2026.08.036.