近日，我校生命科學(xué)學(xué)院李文均教授課題組在國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊Nature Communications上發(fā)表題為“Genomic inference of the metabolism and evolution of the archaeal phylum Aigarchaeota”的學(xué)術(shù)論文。論文作者利用宏基因組技術(shù)從中國(guó)云南陸生熱泉生境中發(fā)現(xiàn)并拼接出未培養(yǎng)微生物類(lèi)群Aigarchaeota門(mén)類(lèi)微生物六個(gè)完整的基因組（如圖），對(duì)其代謝特征和起源進(jìn)化進(jìn)行了深入研究。我校生命科學(xué)學(xué)院博士后花正雙及科研助理屈燕妮為共同第一作者，生命科學(xué)學(xué)院李文均教授為唯一通訊作者。
Aigarchaeota基因組多樣性及其代謝通路圖
Aigarchaeota廣泛分布于高溫生境，是一類(lèi)嚴(yán)格厭氧或兼性厭氧化能自養(yǎng)型微生物。其代謝功能多樣化，可氧化熱泉生境中豐富的包含C、H、S等元素的氣體（如CO，H2，H2S等）實(shí)現(xiàn)能量的自我供給（如圖）。而其遺傳多樣性的獲得主要由水平基因轉(zhuǎn)移（HGT，Horizontal gene transfer）所貢獻(xiàn)，研究表明：Aigarchaeota更容易從系統(tǒng)發(fā)育距離較近的Euryarchaeota和Crenarchaeota處獲得基因，此外，細(xì)菌對(duì)其遺傳多樣性也有著不可或缺的貢獻(xiàn)，Aigarchaeota中的硫酸鹽還原功能、CO的氧化以及CO2的固定均從細(xì)菌處經(jīng)HGT所獲得，這大大促進(jìn)了同區(qū)域內(nèi)Aigarchaeota的功能劃分以及生態(tài)位分化，從而使得其更好的適應(yīng)并生存于寡營(yíng)養(yǎng)的熱泉生境。另外，Aigarchaeota和Thaumarchaeota的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系一直飽受爭(zhēng)議。作者通過(guò)比較基因組和進(jìn)化基因組學(xué)分析發(fā)現(xiàn)：Aigarchaeota和Thaumarchaeota由共同祖先分化形成，其祖先早期共同生存于高溫環(huán)境中，至今生存于高溫?zé)崛械腡haumarchaeota與Aigarchaeota仍呈現(xiàn)較高的功能相似性。它們的共同祖先共享1154個(gè)基因家族，其數(shù)目甚至超過(guò)現(xiàn)存Aigarchaeota基因家族數(shù)目，表明二者祖先的高度相似性。廣為人知的Thaumarchaeota早期并無(wú)氨氧化能力，而是后期于高溫生境中進(jìn)化所得，隨后Thaumarchaeota擴(kuò)散至海洋生境中，由于海洋生境中氮源的匱乏，因此Thaumarchaeota展現(xiàn)出獨(dú)特的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，而被保留于海洋生境中，從而實(shí)現(xiàn)高溫氨氧化古菌向中溫環(huán)境的轉(zhuǎn)變。
本研究通過(guò)重構(gòu)未培養(yǎng)古菌類(lèi)群Aigarchaeota基因組信息，揭示其潛在的代謝潛能及其遺傳多樣性獲得機(jī)制，并結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)中已有Thaumarchaeota和Aigarchaeota基因組進(jìn)行比較基因組學(xué)和進(jìn)化基因組學(xué)分析，勾勒出這兩個(gè)近緣支系的演化歷史場(chǎng)景，指出古菌類(lèi)群 Thaumarchaeota和Aigarchaeota的共同祖先起源于高溫生境，頻繁的水平基因轉(zhuǎn)移極大地提升了兩者對(duì)各自生境的適應(yīng)性，該研究極大地促進(jìn)了我們對(duì)古老且神秘的古菌支系的認(rèn)知。
上述研究工作得到了國(guó)家科技部科技基礎(chǔ)資源調(diào)查專(zhuān)項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金，以及廣東省自然科學(xué)基金研究團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的資助。
