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(fā)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(fā)現(xiàn)并拼接出未培養(yǎng)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(yǎng)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(xiàn)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(tǒng)發(fā)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(jīng)HGT所獲得，這大大促進了同區(qū)域內Aigarchaeota的功能劃分以及生態(tài)位分化，從而使得其更好的適應并生存于寡營養(yǎng)的熱泉生境。另外，Aigarchaeota和Thaumarchaeota的系統(tǒng)發(fā)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(fā)現(xiàn)：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(huán)境中，至今生存于高溫熱泉中的Thaumarchaeota與Aigarchaeota仍呈現(xiàn)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(shù)目甚至超過現(xiàn)存Aigarchaeota基因家族數(shù)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(xiàn)出獨特的競爭優(yōu)勢，而被保留于海洋生境中，從而實現(xiàn)高溫氨氧化古菌向中溫環(huán)境的轉變。
本研究通過重構未培養(yǎng)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(shù)據(jù)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。
