中大新聞網(wǎng)訊（通訊員羅振豪）綠彎菌門(mén)因具備獨(dú)特的3-羥基丙酸雙循環(huán)（3-hydroxypropionate bicycle, 3-HP）途徑來(lái)固定CO2而為人們所熟知，也是一個(gè)代謝多樣且處于深度分支的細(xì)菌門(mén)類(lèi)，在地球生物地球化學(xué)循環(huán)中扮演著重要的角色。盡管它們?cè)诃h(huán)境中分布廣泛且豐度較高，但是基于分子生態(tài)學(xué)的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，尚有大量綠彎菌類(lèi)群仍是未培養(yǎng)狀態(tài)，結(jié)合獲得這個(gè)類(lèi)群純培養(yǎng)的困難性，限制了我們對(duì)其功能多樣性的深入了解，使得利用不依賴(lài)純培養(yǎng)的技術(shù)手段來(lái)研究這個(gè)門(mén)類(lèi)顯得十分必要!
中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李文均教授團(tuán)隊(duì)以印度古吉拉特邦和馬哈拉施特拉邦的熱泉為研究樣點(diǎn)，利用綠彎菌門(mén)特異探針基于熒光原位雜交發(fā)現(xiàn)樣品中綠彎菌門(mén)的形態(tài)為棒狀或者球棒狀（圖1a），與其他綠彎菌的形態(tài)相似?；诤昊蚪M學(xué)技術(shù)重構(gòu)了17個(gè)高質(zhì)量的綠彎菌基因組，系統(tǒng)發(fā)育分析顯示它們可能是新屬或者新種級(jí)別（圖1b）。功能分析顯示其中一個(gè)基因組編碼了不產(chǎn)氧光合作用的基因（圖2），且可能是通過(guò)水平基因轉(zhuǎn)移（Horizontal Gene Transfer, HGT）的方式從變形菌門(mén)或者綠菌門(mén)獲得，與前期研究發(fā)現(xiàn)綠彎菌門(mén)的光合作用可能由HGT驅(qū)動(dòng)的結(jié)論一致。除了3-HP途徑外，綠彎菌還利用卡爾文循環(huán)以及還原性乙酰輔酶A途徑進(jìn)行二氧化碳固定。本研究新獲得部分類(lèi)群基因組也攜帶這兩個(gè)途徑的關(guān)鍵基因，但是本研究并沒(méi)有在其中發(fā)現(xiàn)HGT的信號(hào)。本研究基因組涉及其他潛在關(guān)鍵代謝還包括：同化硫酸鹽還原（sat, cysC和sir）、異化硫酸鹽還原（dsrA和dsrB）、異化硝酸鹽還原（narGHI和nrfAH）、尿素降解（ureABC）和一氧化碳氧化（coxSML和cooSF）等（圖2），這些結(jié)果極大的拓展了我們對(duì)于熱泉生境綠彎菌門(mén)代謝多樣性的認(rèn)識(shí)。此外，本研究不同類(lèi)群基因組還編碼鞭毛和趨化相關(guān)基因，這暗示它們具備游動(dòng)能力，以及大多數(shù)基因組攜帶熱激蛋白和分子伴侶相關(guān)基因，使得它們得以在高溫環(huán)境保持蛋白穩(wěn)定以維持細(xì)胞的生命活動(dòng)。
圖1 a) 熱泉樣點(diǎn)地理位置以及綠彎菌門(mén)熒光原位雜交分析；b) 基于16個(gè)分子標(biāo)記蛋白構(gòu)建的綠彎菌門(mén)系統(tǒng)發(fā)育樹(shù)
圖2 本研究基因組的部分關(guān)鍵代謝
近日，該成果以“Metagenomic analysis further extends the role of Chloroflexi in fundamental biogeochemical cycles”為題發(fā)表于環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)期刊Environmental Research。生命科學(xué)學(xué)院博士后Manik Prabhu Narsing Rao、羅振豪和董周焱為本論文的共同第一作者，李文均教授和河南師范大學(xué)的聶國(guó)興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。這項(xiàng)工作得到了廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2018B020206001）和國(guó)家自然科學(xué)基金 (91951205)的資助。
