中大新聞網(wǎng)訊（通訊員焦建宇）生物反硝化過(guò)程是生物地球氮循環(huán)的的重要環(huán)節(jié)，有報(bào)道稱(chēng)Thermus類(lèi)群是陸地?zé)崛持匾漠愷B(yǎng)反硝化的參與者。但是對(duì)Thermus反硝化基因功能與進(jìn)化的研究并不深入，且由于Thermus類(lèi)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(zhēng)議。針對(duì)Thermus對(duì)反硝化基因的研究，將有助于理解Thermus在反硝化過(guò)程中的功能角色，并拓展對(duì)熱泉氮循環(huán)的認(rèn)知。
中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李文均教授團(tuán)隊(duì)首次揭示不完全反硝化功能普遍存在于Thermus類(lèi)群中，并表明該途徑使它們能夠適應(yīng)熱液環(huán)境中常見(jiàn)的低氧或缺氧條件。這項(xiàng)工作擴(kuò)展了對(duì)棲熱菌不完全反硝化途徑進(jìn)化的認(rèn)知，證明了棲熱菌是熱液環(huán)境中重要的異養(yǎng)反硝化菌，為熱液環(huán)境氮循環(huán)的研究奠定基礎(chǔ)。
團(tuán)隊(duì)通過(guò)比較基因組分析發(fā)現(xiàn)，Thermus類(lèi)群的基因組大小在2.02 Mbp-2.56 Mbp之間，泛基因組包含6992個(gè)基因家族，其中有1027個(gè)核心基因家族（圖1）；此外，COG功能注釋結(jié)果表明，Thermus類(lèi)群具有十分相近的功能類(lèi)別。因此，盡管Thermus屬典型物種較多，分離地點(diǎn)差異較大，但是整體功能較為保守。
圖1. Thermus類(lèi)群比較基因組分析結(jié)果
為了探究Thermus類(lèi)群的反硝化功能基因，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步針對(duì)Thermus的反硝化基因開(kāi)展了比較分析。結(jié)果表明，除了nosZ基因外，反硝化基因普遍存在于Thermus類(lèi)群中（圖2）。此外，該研究針對(duì)Thermus的不完全反硝化過(guò)程的關(guān)鍵基因narG、nirK、nirS和norB分別進(jìn)行進(jìn)化分析，結(jié)果表明，narG、nirS和norB基因與nirK基因存在不同的進(jìn)化歷史，結(jié)合基因序列位置關(guān)系，證明Thermus的不完全反硝化功能是在Thermales的早期進(jìn)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(lèi)群中。
圖2. Thermus類(lèi)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(fā)表在mLife學(xué)術(shù)期刊上。中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)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(nèi)華達(dá)大學(xué)拉斯維加斯分校Brian P. Hedlund教授為共同通訊作者，中山大學(xué)為該成果的第一完成單位。該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金“水圈微生物驅(qū)動(dòng)地球元素循環(huán)的機(jī)制”重大研究計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目等項(xiàng)目的資助。
