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外代谢物的季节性模式取决于贫营养海洋中微生物的功能。
原标题：Seasonal patterns of exometabolites depend on microbial functions in the oligotrophic ocean
5 分
关键词
摘要
预测海洋溶解有机物（DOM）的生物地球化学储库如何响应未来海洋变化，需要更好地理解调节DOM转化和命运的数千种微生物-分子相互作用。对有机物的整体特征描述可能掩盖由丰富的化学和分类多样性组成的复杂交互网络。在此，我们展示了在百慕大大西洋时间序列研究（BATS）站点进行的为期三年的深度分辨时间序列，研究外代谢组和细菌浮游生物群落的季节动态。我们发现这两个时间序列在采样深度上具有高度结构性和成分上的显著差异。推测的外代谢物鉴定（如gonyol、葡萄糖6-硫酸酯、琥珀酸和海藻糖）表明，至少部分外代谢组包含快速再矿化的、易降解的分子。我们假设这些易降解分子的明显季节性积累可能是由于环境条件在季节性时间尺度上改变了群落组成，从而改变了产生和消耗底物的微生物功能的相对比例。关键的是，我们发现季节性DOM特征的组成在年际间比微生物群落结构更稳定。通过估算BATS宏基因组中负责循环这些分子的代谢功能的冗余性，我们提出了一种范式，即核心微生物代谢，无论是所有海洋微生物使用的还是部分使用的，比微生物分类更能预测DOM组成。本文实现的DOM分子水平特征描述突出了微生物活动在DOM组成中的代谢印记，并极大地增强了我们对调节地球最大有机碳储库动态的理解。 重要性声明：海洋溶解有机物（DOM）是一个主要的碳储库，对地球气候起着关键的控制作用。DOM动态主要由复杂的微生物相互作用网络调节，但支撑这些过程的机制尚不清楚。在为期三年的时间序列中，我们发现成千上万的DOM分子和微生物类群表现出季节性模式。关键是，微生物的身份在年际间比DOM分子的组成变化更大。我们认为，由执行核心微生物功能的基因编码的共享代谢负责DOM更稳定的组成。这项工作将DOM分子与微生物多样性联系起来，并提出了可测试的预测因子，以预测我们不断变化的海洋中的DOM组成。
AI理解论文
这篇论文探讨了海洋溶解有机物（DOM）在全球碳循环中的重要性，特别是其与微生物活动的关系。海洋DOM是一个主要的碳储库，对地球气候有重要影响。尽管微生物活动在DOM的生产和去除中起着关键作用，但对这些过程的机制理解仍然不足。通过对三年海洋时间序列中DOM分子的超高分辨率质谱分析，研究发现DOM分子的组成在年际间比微生物群落更为稳定。研究建议，尽管海洋微生物的身份可能会改变，但微生物群落中的基本代谢功能得以维持，从而导致DOM组成的变异性较小。因此，全面和机制性的代谢功能和途径知识对于预测海洋DOM对未来气候变化的响应至关重要。
研究背景：全球海洋中，数以千计的化学多样性有机分子通过丰富多样的微生物群落进行循环。这些相互作用调节了海洋溶解有机物（DOM）的碳通量和储存，从而对地球气候产生关键影响。DOM分子的化学性质（如芳香性、杂原子含量、大小）和环境条件（如群落组成、微生物相互作用、营养动态、温度）被认为是控制DOM通量的因素。解开这些不同控制机制的贡献是预测未来海洋中DOM碳通量变化的关键。
研究方法：研究使用了超高效液相色谱-电喷雾质谱/质谱（UHPLC-ESI-MS/MS）技术进行大规模LC-MS/MS实验，以减少保留时间漂移、污染和样品间的残留。分离使用了反相Waters Acquity HSS T3柱，采用0.1%甲酸水和0.1%甲酸乙腈作为溶剂。质谱数据在Orbitrap分析仪中以120,000 FWHM的质量分辨率收集。数据依赖的MS/MS数据使用高能碰撞解离（HCD）在Orbitrap分析仪中获取，质量分辨率为7500。
数据处理：使用XCMS软件进行峰值拾取、保留时间对齐和对应。MS1特征由唯一的质荷比和保留时间定义。使用CAMERA识别和过滤同位素和加合物。特征强度通过BatchCorrMetabolomics包进行批次校正。四种推定的外代谢物通过MS/MS匹配在全球天然产物社会分子网络基础设施中找到。
研究结果：研究发现，DOM分子的组成在年际间比微生物群落更为稳定。尽管微生物的种类可能会发生变化，但其代谢功能保持不变，从而导致DOM组成的变异性较小。研究还发现，季节性DOM特征和细菌浮游生物ASV在时间序列的每个采样深度都有出现，尽管在不同季节（如秋季过渡、冬季混合和春季过渡）达到峰值。研究揭示了DOM特征在不同深度之间的有限传递性，表明DOM特征的垂直分层性。
研究贡献：这项研究通过分析海洋微生物群落和DOM分子的动态，提供了对海洋生物地球化学的核心挑战的见解。研究强调了代谢功能和途径知识对于预测海洋DOM对未来气候变化的响应的重要性。通过揭示DOM分子组成的稳定性和微生物代谢功能的持久性，研究为理解海洋碳循环提供了新的视角。
术语解释：
- 溶解有机物（DOM）：海洋中溶解的有机分子，构成了一个重要的碳储库。
- 超高效液相色谱-电喷雾质谱/质谱（UHPLC-ESI-MS/MS）：一种用于分离和分析复杂混合物中化合物的技术。
- Orbitrap分析仪：一种高分辨率质谱仪，用于精确测量质荷比。
- 高能碰撞解离（HCD）：一种用于质谱分析的技术，通过高能量碰撞使分子碎裂。
- XCMS：一种用于处理质谱数据的软件。
- 外代谢物：微生物群落的代谢产物。
这篇论文通过详细的实验和数据分析，揭示了海洋DOM和微生物群落之间复杂的相互作用，为未来的研究提供了重要的基础。
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