近日，我校生命科學學院李文均教授課題組在國際著名學術期刊Nature Communications上發表題為“Genomic inference of the metabolism and evolution of the archaeal phylum Aigarchaeota”的學術論文。論文作者利用宏基因組技術從中國云南陸生熱泉生境中發現并拼接出未培養微生物類群Aigarchaeota門類微生物六個完整的基因組（如圖），對其代謝特征和起源進化進行了深入研究。我校生命科學學院博士后花正雙及科研助理屈燕妮為共同第一作者，生命科學學院李文均教授為唯一通訊作者。
Aigarchaeota基因組多樣性及其代謝通路圖
Aigarchaeota廣泛分布于高溫生境，是一類嚴格厭氧或兼性厭氧化能自養型微生物。其代謝功能多樣化，可氧化熱泉生境中豐富的包含C、H、S等元素的氣體（如CO，H2，H2S等）實現能量的自我供給（如圖）。而其遺傳多樣性的獲得主要由水平基因轉移（HGT，Horizontal gene transfer）所貢獻，研究表明：Aigarchaeota更容易從系統發育距離較近的Euryarchaeota和Crenarchaeota處獲得基因，此外，細菌對其遺傳多樣性也有著不可或缺的貢獻，Aigarchaeota中的硫酸鹽還原功能、CO的氧化以及CO2的固定均從細菌處經HGT所獲得，這大大促進了同區域內Aigarchaeota的功能劃分以及生態位分化，從而使得其更好的適應并生存于寡營養的熱泉生境。另外，Aigarchaeota和Thaumarchaeota的系統發育關系一直飽受爭議。作者通過比較基因組和進化基因組學分析發現：Aigarchaeota和Thaumarchaeota由共同祖先分化形成，其祖先早期共同生存于高溫環境中，至今生存于高溫熱泉中的Thaumarchaeota與Aigarchaeota仍呈現較高的功能相似性。它們的共同祖先共享1154個基因家族，其數目甚至超過現存Aigarchaeota基因家族數目，表明二者祖先的高度相似性。廣為人知的Thaumarchaeota早期并無氨氧化能力，而是后期于高溫生境中進化所得，隨后Thaumarchaeota擴散至海洋生境中，由于海洋生境中氮源的匱乏，因此Thaumarchaeota展現出獨特的競爭優勢，而被保留于海洋生境中，從而實現高溫氨氧化古菌向中溫環境的轉變。
本研究通過重構未培養古菌類群Aigarchaeota基因組信息，揭示其潛在的代謝潛能及其遺傳多樣性獲得機制，并結合數據庫中已有Thaumarchaeota和Aigarchaeota基因組進行比較基因組學和進化基因組學分析，勾勒出這兩個近緣支系的演化歷史場景，指出古菌類群 Thaumarchaeota和Aigarchaeota的共同祖先起源于高溫生境，頻繁的水平基因轉移極大地提升了兩者對各自生境的適應性，該研究極大地促進了我們對古老且神秘的古菌支系的認知。
上述研究工作得到了國家科技部科技基礎資源調查專項、國家自然科學基金，以及廣東省自然科學基金研究團隊項目的資助。
