中大新聞網(wǎng)訊（通訊員李文均）云南熱泉生態(tài)系統(tǒng)中蘊(yùn)含著豐富的微生物資源，包含大量的系統(tǒng)發(fā)育位置未知且功能奇特的神秘、新穎的微生物類群。初古菌（Korarchaeota）是位于TACK超級(jí)門根部的一類古菌，但是，由于缺少足夠的代表性基因組，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)初古菌在熱泉生態(tài)系統(tǒng)中的生態(tài)功能以及其進(jìn)化歷史相關(guān)的研究相對(duì)較少。
中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李文均教授課題組結(jié)合宏基因組學(xué)測(cè)序技術(shù)和生物信息學(xué)手段從云南熱泉樣品中重構(gòu)出10個(gè)基因組，系統(tǒng)發(fā)育分析結(jié)果表明，它們屬于TACK古菌根部初古菌的一個(gè)新類群，因初古菌獨(dú)特的系統(tǒng)發(fā)育地位及對(duì)TACK古菌和廣古菌類群的物種形成和功能分化具有至關(guān)重要的作用，我們將其命名為盤古古菌目（Panguiarchaelaes，取盤古開(kāi)天辟地，克服困難，創(chuàng)造美麗新世界之意，旨在表達(dá)該古菌對(duì)分化出多才多藝TACK古菌的突出貢獻(xiàn)）（圖1）。對(duì)盤古古菌的代謝潛能進(jìn)行深入剖析，發(fā)現(xiàn)其缺失細(xì)胞膜、氨基酸、維生素和嘌呤合成等基礎(chǔ)代謝通路，推測(cè)盤古古菌與DPANN超門古菌一樣，具有共生生長(zhǎng)模式，故將其命名為Panguiarchaeum symbiosum（圖2），進(jìn)化學(xué)分析表明盤古古菌的代謝缺陷為后天進(jìn)化，而非先天繼承而得。為了維持生長(zhǎng)，盤古古菌通過(guò)發(fā)酵蛋白質(zhì)（即蛋白質(zhì)降解）來(lái)獲取碳源、氮源和能量；在富含硫元素的高溫?zé)崛?，盤古古菌亦擁有單質(zhì)硫或多硫化物還原能力，為細(xì)胞生長(zhǎng)提供額外能源。種群宏基因組學(xué)和宏轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析表明，盤古古菌基因組中與氨基酸或多肽轉(zhuǎn)運(yùn)、細(xì)胞吸附相關(guān)蛋白的編碼基因檢測(cè)到了強(qiáng)烈的正選擇信號(hào)，同時(shí)在宏轉(zhuǎn)錄組中顯著高表達(dá)，這進(jìn)一步證實(shí)了盤古古菌能降解胞外蛋白質(zhì)的共生生活方式。結(jié)合近期水平基因轉(zhuǎn)移檢測(cè)和共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析，推測(cè)盤古古菌潛在宿主為曙古菌（Aigarchaeota），因其具有相對(duì)完整的輔酶合成通路和多型病毒抵御機(jī)制，盤古古菌與宿主或形成互利共生關(guān)系。
圖1. 盤古古菌的系統(tǒng)發(fā)育分析
圖2. 盤古古菌的代謝通路圖
該研究首次發(fā)現(xiàn)了DPANN超級(jí)門以外的共生古菌，并對(duì)其代謝潛能、進(jìn)化歷史以及共生生活方式進(jìn)行了詳細(xì)的研究。研究成果以“Panguiarchaeum symbiosum, a potential hyperthermophilic symbiont in the TACK superphylum”為題發(fā)表于國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊Cell Reports。中山大學(xué)為該成果的第一完成單位。該研究工作得到了國(guó)家科技部科技基礎(chǔ)資源調(diào)查專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東省自然科學(xué)基金的支持。
論文鏈接：https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(23)00169-9
