中大新聞網(wǎng)訊（通訊員饒陽(yáng)之）DPANN古菌是一類(lèi)基因組和細(xì)胞極小的共生古菌。它們通常缺乏一般微生物常見(jiàn)的生理代謝途徑，因而需要以來(lái)宿主進(jìn)行共生。令人意外的是，這種極小的古菌普遍存在于各種各樣的極端環(huán)境，例如高溫?zé)崛?、酸性礦山廢水和鹽湖等環(huán)境。那么，它們?nèi)绾芜m應(yīng)極端環(huán)境，并在各種各樣的生存繁衍呢？
中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李文均教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)云南騰沖高溫?zé)崛恼{(diào)查，發(fā)現(xiàn)并命名了納古菌門(mén)內(nèi)部的古菌新目——精衛(wèi)古菌目（Jingweiarchaeales），其中包括兩個(gè)新屬——精衛(wèi)古菌屬（Jingweiarchaeum）與海燕古菌屬（Haiyanarchaeum）?！熬l(wèi)”與“海燕”的名字源于精衛(wèi)填海的傳說(shuō)，寓意“精衛(wèi)填海，百折不撓”，即微小古菌也能適應(yīng)各種各樣的極端環(huán)境并且生存繁衍。另外發(fā)現(xiàn)并命名了小古菌目（Parvarchaeales）中的一個(gè)新屬——熱海古菌屬（Rehaiarchaeum），命名自云南騰沖熱泉采樣點(diǎn)——熱海國(guó)家公園。
精衛(wèi)古菌目與早期發(fā)現(xiàn)的DPANN古菌——ARMAN古菌中的Parvarchaeales 形成姊妹支系（圖一）。通過(guò)代謝潛能分析發(fā)現(xiàn)，前者具有典型的DPANN古菌“回收型“的代謝方式，即利用外部環(huán)境或宿主“現(xiàn)成”的核苷酸和氨基酸等小分子合成自身大分子并產(chǎn)生能量。而Parvarchaeales則具有更加多樣的代謝能力,可能通過(guò)糖酵解、三羧酸循環(huán)和電子傳遞鏈多種方式產(chǎn)能（圖二）。通過(guò)比較基因組學(xué)分析，以及最適生長(zhǎng)溫度、最適生長(zhǎng)溫度pH（pI）等“逆向生態(tài)學(xué)”分析表明，精衛(wèi)古菌目中的新屬海燕古菌屬是一種超嗜熱菌，其最適生長(zhǎng)溫度（OGT）超過(guò)80?C。它們通過(guò)編碼超嗜熱菌特異性基因反向螺旋酶（rgy），以及基因組和所編碼蛋白組的本身特征，例如基因組精簡(jiǎn)化、高編碼密度、高重疊基因比例和高溫特異性的基酸組成偏好性來(lái)適應(yīng)極端高溫環(huán)境（圖三）。而對(duì)于嗜酸類(lèi)群，包括精衛(wèi)古菌屬和Parvarchaeales 支系，則具有由水平基因轉(zhuǎn)移主導(dǎo)獲得的差異化的酸適應(yīng)性機(jī)制。分別通過(guò)特定基因形成難以通透質(zhì)子的細(xì)胞膜，和外排質(zhì)子以維持細(xì)胞內(nèi)部環(huán)境穩(wěn)定。進(jìn)一步的進(jìn)化歷史重構(gòu)表明，這些古菌支系具有共同的熱起源，在后續(xù)進(jìn)化中，海燕古菌屬逐步適應(yīng)更高溫的生境，成為超嗜熱菌，而Parvarchaeales支系則逐漸適應(yīng)低溫環(huán)境。另外，祖先節(jié)點(diǎn)具有近中性的等電位點(diǎn)（pI），表明共同祖先適應(yīng)中性環(huán)境生存，而對(duì)酸性環(huán)境的適應(yīng)性可能為后續(xù)通過(guò)水平基因轉(zhuǎn)移主導(dǎo)的進(jìn)化所產(chǎn)生（圖四）。
圖一 精衛(wèi)古菌的系統(tǒng)發(fā)育位置
圖二 精衛(wèi)古菌與Parvarchaeales的代謝潛能
圖三 精衛(wèi)古菌與Parvarchaeales的比較基因組統(tǒng)計(jì)
圖四 精衛(wèi)古菌與Parvarchaeales的祖先性狀重構(gòu)
該研究揭示DPANN古菌對(duì)高溫以及酸性極端環(huán)境的適應(yīng)性機(jī)制，并對(duì)其相關(guān)祖先性狀進(jìn)行了重構(gòu)。研究成果以Metagenomic Discovery of “Candidatus Parvarchaeales”-Related Lineages Sheds Light on Adaptation and Diversification from Neutral-Thermal to Acidic-Mesothermal Environments為題發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊mSystems。中山大學(xué)為該成果的第一完成單位。本論文得到國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。
