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基因進化角度揭示Thermus類群在熱液系統(tǒng)反硝化的重要角色
點擊次數(shù)：1200 發(fā)布時間：2022-6-7
生物反硝化過程是生物地球氮循環(huán)的的重要環(huán)節(jié)，有報道稱Thermus類群是陸地熱泉生境重要的異養(yǎng)反硝化的參與者。但是對Thermus反硝化基因功能與進化的研究并不深入，且由于Thermus類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議。針對Thermus對反硝化基因的研究，將有助于理解Thermus在反硝化過程中的功能角色，并拓展對熱泉氮循環(huán)的認知。
中山大學生命科學學院李文均教授團隊揭示不*反硝化功能普遍存在于Thermus類群中，并表明該途徑使它們能夠適應熱液環(huán)境中常見的低氧或缺氧條件。這項工作擴展了對棲熱菌不*反硝化途徑進化的認知，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。
團隊通過比較基因組分析發(fā)現(xiàn)，Thermus類群的基因組大小在2.02 Mbp-2.56 Mbp之間，泛基因組包含6992個基因家族，其中有1027個核心基因家族（圖1）；此外，COG功能注釋結果表明，Thermus類群具有十分相近的功能類別。因此，盡管Thermus屬典型物種較多，分離地點差異較大，但是整體功能較為保守。
圖1. Thermus類群比較基因組分析結果
為了探究Thermus類群的反硝化功能基因，團隊進一步針對Thermus的反硝化基因開展了比較分析。結果表明，除了nosZ基因外，反硝化基因普遍存在于Thermus類群中（圖2）。此外，該研究針對Thermus的不*反硝化過程的關鍵基因narG、nirK、nirS和norB分別進行進化分析，結果表明，narG、nirS和norB基因與nirK基因存在不同的進化歷史，結合基因序列位置關系，證明Thermus的不*反硝化功能是在Thermales的早期進化獲得的，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*反硝化功能普遍存在于Thermus類群中。
圖2. Thermus類群反硝化基因的獲得事件