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在当前全球环境变化的背景下，河流作为连接陆地与海洋的重要纽带，承载着关键的生态功能。然而，与海洋微生物研究的深入相比，河流微生物的功能性研究一直处于相对薄弱的地位。这一缺口促使科学家们发起了一项大胆的计划——通过科学努力，创建了覆盖90%美国水系的微生物基因组数据库（GROWdb）。这一数据库不仅为河流微生物研究开辟了新领域，也为生态保护和可持续水资源管理提供了强有力的数据支持。
相关研究成果发表在《Nature》上，文章标题：A functional microbiome catalogue crowdsourced from North American rivers。通讯作者：科罗拉多州立大学Kelly C. Wrighton（https://microbialecosystemslab.com/）。
GROWdb，即“Genome Resolved Open Watersheds Database”，是首个专注于河流微生物的全基因组数据库。通过整合3.8 Tb的宏基因组和633 Gb的宏转录组数据，它展示了美国106个采样点的微生物种类、分布和功能。数据囊括27个门的微生物，包括10个新家族和128个新属。GROWdb发现，放线菌门（Actinobacteria）、变形菌门（Proteobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidota）和疣微菌门（Verrucomicrobiota）是河流中占主导地位的微生物门类。其中，一些微生物如Planktophilia（浮游爱好菌属）表现出较高的占有率和活跃的基因表达。大多数活跃的微生物都具备光驱动代谢或有氧呼吸的能力。例如，光合细菌不仅利用光能，还能够通过硫氧化等过程获取能量。这些代谢路径揭示了微生物在河流生态系统中多样而高效的生存策略。
河流并非单纯的“运输管道”，而是全球碳、氮循环的“活跃节点”，也在污染物降解过程发挥着主导作用。微生物调节着河流水域的碳固定与呼吸，影响温室气体排放。它们通过氨氧化、硝酸盐还原等过程维持氮的动态平衡。微生物能够处理来自农业、城市的有机污染物，如抗生素、塑料和杀虫剂。河流微生物展示了强大的污染物降解能力，包括抗生素抗性基因（ARGs）、塑料降解基因以及与氮、磷循环相关的关键基因。这些基因的广泛分布说明微生物群落对人类活动产生的环境压力具有一定的适应和缓冲能力。
GROWdb不仅是一个数据库，更是一个研究平台，为理解河流生态系统的复杂性和应对环境挑战提供了新工具。通过多种网络平台（如KBase和NMDC），为全球研究人员提供数据访问和分析工具。
Distributed sampling and sequencing of rivers enabled the construction of the GROWdb.
参考文献
Borton, M.A., McGivern, B.B., Willi, K.R. et al. A functional microbiome catalogue crowdsourced from North American rivers. Nature (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08240-z
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