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。
我实验室海洋生命过程与生物资源利用创新团队首次提出放线菌三个新纲类群可能具有同型产乙酸功能,刷新了对放线菌功能多样性的认知。该研究通过宏基因组分箱技术获得了15个来自热泉的MAGs(Metagenome-Assembled Genomes),结合公共数据库的其它土壤和水体等生境的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),且其拉丁名称得到国际权威期刊International Journal of Systematics of Evolutionary Microbiology(IJSEM)的Nomenclature Reviewers/List 编辑Aharon Oren教授的认可(图1)。研究还发现,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可能存在同型产乙酸功能(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,通过系统进化分析,表明这种H2依赖的WLP(Wood–Ljungdahl pathway)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)。该研究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,为进一步探索放线菌生命暗物质生态功能和进化机制奠定基础。 研究成果于2021年5月在国际知名学术期刊Nature旗下子刊The ISME Journal上发表,题目为“Insight into the function and evolution of Wood-Ljungdahl pathway in Actinobacteria”。农业农村部沼气科学研究所承磊研究员、创新团队核心成员中山大学生命科学学院李文均教授及焦建宇博士后分别为文章的共同通讯作者和第一作者。 该研究得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金及南方海洋实验室创新团队建设科研经费的资助。图1. 具有WLP的三个放线菌新纲
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