海洋生物地球化學與基因組的耦合

?海洋生態系統模型已經發展到包含用基因組測序發現的代謝途徑，但是模型和「組學」數據之間的直接比較是缺乏的。

?過去用於預測 區域和全球海洋生物地球化學的模型以及介導其變異性的微生物 不能模擬可直接與基因組數據進行比較的量

?開發了一個模型，直接模擬宏基因組和宏轉錄組，以便與觀察結果進行比較。

?模型名字為GENOME,然後用基因組和轉錄組的生物與「組學」數據進行模擬比較。

構建模型群落

?將GENOME模型納入熱帶和亞熱帶大西洋的一般環流模式中，為模式群落提供流場和環境條件。

?為了構建模型群落，有機體首先被隨機分配在大小跨越從1-2000毫米的細菌到大型浮游植物的範圍中。

?底物普遍的吸收親和力，生長速率，死亡率和下沉參數被建立，其根據觀察結果和理論而變化

?放入7底物和68種模型微生物以及未超過當地1%的生物被替代為新的生物，因為他們的基因組在該海洋模型中沒有編碼可持續生物體

建立轉錄調控模型

比較基因和轉錄濃度的測量和模型（亞馬遜羽流實驗）

?大規模模型驗證

?使用相同的物理力但是不同的生物種類運行模型，

?顆粒大小和密度的衛星觀測提供了用於驗證不同大小類別中模型生物體密度的空間模式

?GENOME模型運行建立的營養物垂直分布結論與觀察到的符合?過程發現：硝酸鹽和銨態氮的垂直梯度通過非生物過程共同確定。

衛星觀測和在六月海洋上層顆粒密度的一個模型估計。

?模型中出現的緊急群落和新陳代謝

?不同的群落，共同的代謝功能

研究結論及意義

?在空間有限的群落，例如大型藻類生物和珊瑚礁魚類群落中也觀察到群落集會的隨機性，在這些群落中，在相鄰環境中發現具有遺傳上相似代謝功能的不同的群落。假設隨機事件決定了具有給定代謝功能的第一個有機體的到達，導致高度不同的群落並排共存。通過類推，每個模型運行表示不同的表面。然而，水柱中的空間並沒有直接的競爭。相反，假設生態位空間是由物理因素和可能作為生態系統工程師的群落成員的代謝活動相互作用共同發展起來的。在模型中，所有模擬都開發了類似的生物地球化學梯度，充當了小生境，表明代謝能力的演變比任何特定的生態系統工程師更重要。海洋擴散和進化的全球研究表明，微生物的分散速度比它們的進化速度慢，從而形成生物地理省份。因此，有效代謝功能的全球池，而不是生物體之間功能的分布，推動了群落組裝和海洋中生物地球化學梯度的形成。

?意義：該模型解決了微生物群落成員間代謝功能分布如何影響海洋生物地球化學，有共同代謝能力的不同種的生物的群落能否隨著時間和空間的變化創建類似的海洋生物地球化學環境

Ocean biogeochemistry modeled with emergent trait based genomics. Science, 2017, 358:1149-1154.

華東師範大學 本科生：鄔雪瑩 安世軍

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！