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基因进化角度揭示Thermus类群在热液系统反硝化的重要角色

发布时间: 2022-06-07  点击次数: 731次

生物反硝化过程是生物地球氮循环的的重要环节,有报道称Thermus类群是陆地热泉生境重要的异养反硝化的参与者。但是对Thermus反硝化基因功能与进化的研究并不深入,且由于Thermus类群易受外源基因干扰,因此Thermus是否普遍具有反硝化功能存在争议。针对Thermus对反硝化基因的研究,将有助于理解Thermus在反硝化过程中的功能角色,并拓展对热泉氮循环的认知。

中山大学生命科学学院李文均教授团队揭示不*反硝化功能普遍存在于Thermus类群中,并表明该途径使它们能够适应热液环境中常见的低氧或缺氧条件。这项工作扩展了对栖热菌不*反硝化途径进化的认知,证明了栖热菌是热液环境中重要的异养反硝化菌,为热液环境氮循环的研究奠定基础。

团队通过比较基因组分析发现,Thermus类群的基因组大小在2.02 Mbp-2.56 Mbp之间,泛基因组包含6992个基因家族,其中有1027个核心基因家族(图1);此外,COG功能注释结果表明,Thermus类群具有十分相近的功能类别。因此,尽管Thermus属典型物种较多,分离地点差异较大,但是整体功能较为保守。

  

图1. Thermus类群比较基因组分析结果

  

为了探究Thermus类群的反硝化功能基因,团队进一步针对Thermus的反硝化基因开展了比较分析。结果表明,除了nosZ基因外,反硝化基因普遍存在于Thermus类群中(图2)。此外,该研究针对Thermus的不*反硝化过程的关键基因narGnirKnirSnorB分别进行进化分析,结果表明,narGnirSnorB基因与nirK基因存在不同的进化历史,结合基因序列位置关系,证明Thermus的不*反硝化功能是在Thermales的早期进化获得的,并且这些基因在很大程度上属于垂直遗传(图2)。这也就意味着不*反硝化功能普遍存在于Thermus类群中。

  

图2. Thermus类群反硝化基因的获得事件

  





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