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基因進(jìn)化角度揭示Thermus類群在熱液系統(tǒng)反硝化的重要角色

來源:上海士鋒生物科技有限公司   2022年06月07日 06:17  

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?zé)崛持匾漠愷B(yǎng)反硝化的參與者。但是對Thermus反硝化基因功能與進(jìn)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(rèn)知。

中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院李文均教授團(tuán)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(yīng)熱液環(huán)境中常見的低氧或缺氧條件。這項工作擴(kuò)展了對棲熱菌不*反硝化途徑進(jìn)化的認(rèn)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(chǔ)。

團(tuán)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(jié)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(jié)果

  

為了探究Thermus類群的反硝化功能基因,團(tuán)隊進(jìn)一步針對Thermus的反硝化基因開展了比較分析。結(jié)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(guān)鍵基因narG、nirKnirSnorB分別進(jìn)行進(jìn)化分析,結(jié)果表明,narG、nirSnorB基因與nirK基因存在不同的進(jìn)化歷史,結(jié)合基因序列位置關(guān)系,證明Thermus的不*反硝化功能是在Thermales的早期進(jìn)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

  


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