Cell子刊：华大基因绘制深海微生物组遗传图谱：从序列到结构，解锁生命演化和生物技术新引擎

深海作为地球上最大且可能是最恶劣的环境，仍未得到充分探索，特别是在其基因组成方面。先前的研究已揭示了显著的栖息地特异性深海生物多样性。

2026年6月10日，华大生命科学研究院董宇亮、刘姗姗、黎宇翔、范广益、英国东英吉利大学Thomas Mock共同通讯在

Cell Host & Microbe

在线发表题为

“The genetic repertoire of deep-sea microbiome: From sequence to structure and function”

的研究论文。该研究整合了2,138个深海样本的宏基因组数据，构建了包含5.02亿非冗余基因的深海微生物基因集（DSGC）和240万个蛋白结构集（DSFC）。研究发现DNA复制、重组与修复相关基因在深海中高度多样且快速演化，正选择驱动其扩张。基于结构挖掘获得热稳定性Cas9和高速解旋酶DSH9，将纳米孔测序速度提升2.3倍，展示了深海作为生物技术发现引擎的巨大潜力。

深海，特别是超过1,000米深度的中深层以下的区域，代表了地球上最大但探索最少的生物群系，尤其是在其不同栖息地中生态上重要的微生物组方面。它拥有如海沟、热液喷口和甲烷渗漏等栖息地，栖息着适应这些恶劣环境条件的多种生命形式，从接近冰点的温度到热液喷口超过100°C的高温。这些极端温度伴随着马里亚纳海沟高达约110 MPa的静水压力、永久黑暗和有限的氧气可用性。

长期以来，深海一直被认为是遗传资源的宝贵来源，具有满足人类社会多样化需求的巨大潜力。深海的极端条件，如升高的静水压力、有毒金属和自由基，可能损伤核酸。因此，来自深海微生物的参与复制、重组和修复的蛋白质可能已经进化出独特的蛋白质结构以及相应的酶学特性，如从嗜热球菌和硫还原嗜热球菌中分离的DNA聚合酶所示，具有分子

诊断

和DNA测序的潜力。

机理模式图（图源自

Cell Host & Microbe

）

该研究呈现了一个综合的深海微生物遗传数据集，包含来自2,138个样本的5.02亿个非冗余基因和240万个预测结构，并利用该数据集将特定蛋白质结构与与深海生命相关的遗传变异联系起来，评估其生物技术潜力。将全局序列分析与生物物理和生化测量相结合，揭示了前所未有的序列多样性和蛋白质的实质性结构保守性。

特别是，参与复制、重组和修复的蛋白质被鉴定为处于快速进化中并具有专门特性。其中，一个结构上发散的解旋酶在控制纳米孔测序速度方面表现出优势。因此，该工作将深海定位为一个产生和承载遗传多样性的进化引擎，并弥合了遗传知识与生物技术之间的差距。

参考消息：https://www.cell.com/cell-host-microbe/fulltext/S1931-3128(26)00202-7