中大新聞網訊（通訊員焦建宇）生物反硝化過程是生物地球氮循環的的重要環節，有報道稱Thermus類群是陸地熱泉生境重要的異養反硝化的參與者。但是對Thermus反硝化基因功能與進化的研究并不深入，且由于Thermus類群易受外源基因干擾，因此Thermus是否普遍具有反硝化功能存在爭議。針對Thermus對反硝化基因的研究，將有助于理解Thermus在反硝化過程中的功能角色，并拓展對熱泉氮循環的認知。
中山大學生命科學學院李文均教授團隊首次揭示不完全反硝化功能普遍存在于Thermus類群中，并表明該途徑使它們能夠適應熱液環境中常見的低氧或缺氧條件。這項工作擴展了對棲熱菌不完全反硝化途徑進化的認知，證明了棲熱菌是熱液環境中重要的異養反硝化菌，為熱液環境氮循環的研究奠定基礎。
團隊通過比較基因組分析發現，Thermus類群的基因組大小在2.02 Mbp-2.56 Mbp之間，泛基因組包含6992個基因家族，其中有1027個核心基因家族（圖1）；此外，COG功能注釋結果表明，Thermus類群具有十分相近的功能類別。因此，盡管Thermus屬典型物種較多，分離地點差異較大，但是整體功能較為保守。
圖1. Thermus類群比較基因組分析結果
為了探究Thermus類群的反硝化功能基因，團隊進一步針對Thermus的反硝化基因開展了比較分析。結果表明，除了nosZ基因外，反硝化基因普遍存在于Thermus類群中（圖2）。此外，該研究針對Thermus的不完全反硝化過程的關鍵基因narG、nirK、nirS和norB分別進行進化分析，結果表明，narG、nirS和norB基因與nirK基因存在不同的進化歷史，結合基因序列位置關系，證明Thermus的不完全反硝化功能是在Thermales的早期進化獲得的，并且這些基因在很大程度上屬于垂直遺傳（圖2）。這也就意味著不完全反硝化功能普遍存在于Thermus類群中。
圖2. Thermus類群反硝化基因的獲得事件
該研究成果“Comparative genomic analysis of Thermus provides insights into the evolutionary history of an incomplete denitrification pathway”近日發表在mLife學術期刊上。中山大學生命科學學院焦建宇特聘副研究員、連政漢博士和李蒙蒙博士為論文并列第一作者，李文均教授和內華達大學拉斯維加斯分校Brian P. Hedlund教授為共同通訊作者，中山大學為該成果的第一完成單位。該研究工作得到國家自然科學基金“水圈微生物驅動地球元素循環的機制”重大研究計劃重點項目和國家自然科學基金面上項目等項目的資助。
