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生命科学学院李文均教授团队在放线菌生命暗物质的生态功能与进化研究上取得新进展


稿件来源:生命科学学院 | 编辑:谈荣钰、王冬梅 | 发布日期:2021-05-08 | 阅读次数:


       放线菌作为人类生产和生活极为密切的微生物类群,其强大的代谢活性为人们所共识。目前对可培养放线菌资源和次级代谢产物等相关领域的研究较多,但对放线菌生命暗物质的研究相对匮乏。对于放线菌生命暗物质的研究,将为人们打开另一扇放线菌知识的大门,帮助人们揭开放线菌生命暗物质的神秘面纱,同时对积累放线菌遗传信息资源具有重要意义。

       我校生命科学学院李文均教授课题组研究表明滇藏热泉生态系统中蕴含着丰富的放线菌生命暗物质资源。该课题组通过宏基因组分箱技术获得了15个来自热泉的MAGs(Metagenome-Assembled Genomes),结合公共数据库的27个MAGs,首次依照命名法则对这些MAGs以层级命名的方式命名了放线菌三个未培养新纲(Ca. Geothermincolia、Ca. Humimicrobiia和Ca. Aquicultoria),且其拉丁名称得到IJSEM的Nomenclature Reviewers/List 编辑Aharon Oren教授的认可(图1)。

 

图1 具有WLP的三个放线菌新纲

 

       值得注意的是,WLP固碳通路在放线菌三个新纲类群的发现,刷新了放线菌功能多样性的认知;同时,作者发现氢酶和产乙酸相关基因普遍存在于放线菌的三个新纲中,因此推测放线菌门类存在可能的同型产乙酸功能(图2),并通过富集实验证据展现了放线菌同型产乙酸功能的可能性。此外,作者通过系统进化分析,表明这种H2依赖的WLP固碳方式不存在与这三个纲的共同祖先,应该属于后期进化获得的(图3)。

 

图2 三个放线菌新纲的代谢通路图

 

图3 放线菌门H2依赖的WLP固碳方式的进化历史

 

       该研究首次提出放线菌三个新纲类群可能具有同型产乙酸功能,刷新了放线菌功能多样性的认知;作者通过进化分析,在展现放线菌氢依赖的WLP进化历史的同时,揭示了放线菌在WLP进化历史的重要性。该研究对放线菌生命暗物质的研究打开了另一个充满惊喜的“魔术盒”,让我们了解到放线菌的奇妙之处不只在次级代谢产物多样性上,其在生态功能和WLP进化历史中也起着重要作用。对于科研工作者而言,此工作仅是进一步探索放线菌生命暗物质生态功能和进化机制的开始。

       该成果在国际知名学术期刊The ISME Journal上发表题为“Insight into the function and evolution of Wood-Ljungdahl pathway in Actinobacteria”的学术论文。我校生命科学学院焦建宇博士后为本文第一作者,农业农村部沼气科学研究所符力博士为本文第二作者,我校生命科学学院李文均教授和农业农村部沼气科学研究所承磊研究员为共同通讯作者。中国科学技术大学花正双研究员、我校生命科学学院刘兰博士后、Salam Nimaichand博士(特聘副研究员)、鲜文东博士后、周恩民博士后(现为云南大学助理研究员)、房保柱博士(特聘副研究员,现为中科院新疆生态与地理研究所副研究员)、中国地质大学(武汉)吴耿副教授、蒋宏忱教授、农业农村部沼气科学研究所刘鹏飞博士、耶路撒冷希伯来大学Aharon Oren教授、内华达大学拉斯维加斯分校Brian P. Hedlund教授和加州大学圣地亚哥分校诸奇赟博士、Rob Knight教授为本文的共同作者。澳门新葡萄京官网注册为该成果的第一完成单位。该研究工作得到国家自然科学基金“水圈微生物驱动地球元素循环的机制”重大研究计划重点项目、国家自然科学基金面上项目和广东省自然科学基金等项目的资助。

 

       论文链接:https://doi.org/10.1038/s41396-021-00935-9

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