作者:廖洋 王敏 来源:中国科学报 发布时间:2021/8/19 10:14:29
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微小杆菌属分类和进化机制研究取得新进展

 

近日,中科院海洋所张德超课题组同华中农业大学郑金水团队合作的研究成果在线发表于美国微生物学会期刊mSystems。该研究对来源于海洋和陆地环境的微小杆菌开展了大尺度生理代谢和比较基因组分析,获得众多新认知。

微小杆菌是一类革兰氏阳性、无芽孢、兼性厌氧细菌。其分布生境广阔,具有多种独特的性质,包括耐/嗜热性、耐/嗜冷性、耐/嗜碱性和耐/嗜盐性等。然而,微小杆菌广泛分布的生存基础及适应性进化机制尚不清楚。此外,过去以DNA-DNA杂交为基础的细菌分类鉴定方法,导致微小杆菌属已发表物种之间存在一些分类混乱。

据介绍,该研究基于课题组海洋微生物菌种库,对105株来源于南北极、西太平洋海山、南海冷泉、深海热液口、马里亚纳海沟、黄东海及我国近海沿岸等海洋,以及高原湖泊、养殖场和油田等陆地环境的微小杆菌,开展了大尺度的生理代谢和比较基因组分析。

基于系统发育和平均核苷酸一致性,研究团队从基因组水平将微小杆菌属分为2个基因类群——I 组和 II组,对已发表物种进行了重新分类。研究团队提出,E. enclenseE. indicum应重新合并为同一个种;E. antarcticumE. soli应重新合并为同一个物种。此外描述了2个微小杆菌的新物种,分别命名为青岛微小杆菌(Exiguobacterium qingdaonense)和藻微小杆菌(Exiguobacterium algae)。

研究表明,绝大部分微小杆菌能在较宽范围的温度、盐度和pH下生存,能产生蛋白酶和淀粉酶等。比较基因组分析发现,微小杆菌能利用一系列复杂多糖和蛋白质来维持在不同环境中的生存,同时也能利用大量的伴侣蛋白和转运蛋白。I组类群更广泛地分布在陆地环境,相对于 II组类群,基因组更大。转运蛋白家族的扩张驱动着 I组类群基因组的扩张,预测到25个涉及到有机物或无机物运输和抵抗环境压力的转运蛋白家族,可能有利于该属更广泛的分布。

张德超表示,研究团队对群体基因组进行分析,进一步揭示了微小杆菌复杂的代谢和抗逆性,“其成员可利用陆地和海洋环境中的多种复杂多糖,如淀粉、纤维素和几丁质等,同时它还存在一系列的伴侣蛋白和转运蛋白帮助其在各种极端环境中生存,这些能力为其全球分布奠定了重要基础。”

此外,通过对不同类群的微小杆菌成员生态位分布比较,团队发现,具有更大基因组的微小杆菌具有更加多样的生态位分布,“进一步分析发现,转运蛋白家族的扩张驱动了微小杆菌基因组的进化,且大部分发生扩张的转运蛋白家族与重要的生理代谢和环境胁迫抵抗有关,这些转运蛋白家族的选择性扩张可能是该属适应性进化的策略以及不同类群适应环境差异的决定因素。” 张德超说。

上述研究得到了国家自然科学基金和科技部基础性资源调查项目的资助。

论文相关信息:https://doi.org/10.1128/mSystems.00383-21

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