近日，澳门六开彩开奖结果资料查询2023王寅炤副教授与海洋学院王风平教授合作于国际权威期刊《Nature Communications》发表了题为“Globally distributed Myxococcota with photosynthesis gene clusters illuminate the origin and evolution of a potentially chimeric lifestyle”的研究论文。论文作者通过组学大数据挖掘策略，针对光合作用关键基因，筛选全球未知光合原核生物。

黏细菌是一类具有潜在捕食和社会行为的原核生物，是多种生态系统中的关键类群。本研究在全球基因组数据库中，发现黏细菌的多个谱系具有完整的光合基因簇，具有光合作用潜能，并深入分析了黏细菌基因组的谱系发生和代谢特征。该发现扩大了已知的光合微生物多样性，对于进一步研究光合作用的起源和演化至关重要，揭示了微生物嵌合型生活方式（光合+捕食）的起源和演化。澳门六开彩开奖结果资料查询2023副教授王寅炤和海洋学院王风平教授为论文共同通讯作者，生命科学技术学院博士生李留洋为本文第一作者。海洋学院博士生黄丹玥、生命科学技术学院碩士生胡尧勋，英国利物浦大学Daniel P. Canniffe博士和研究生Nicola M. Rudling为本文合作作者。

光合作用是一種生物通過複雜的光合系統將光能轉化爲自身能量的過程。光合作用對生物地球化學循環至關重要，並且在早元古代時期就已經改變了地球表層和大氣的環境。據認爲，所有現存光合生物的祖先可能是生活在距今約32~35億年前的不産氧光合微生物。兩百多年來，科學家僅在細菌域的八個門中發現過基于葉綠素的光合細菌。黏細菌是細菌域中非常獨特的類群，具有社會化生活方式、捕食能力、子實體形成等特征，同時也是重要的次級代謝産物來源。黏細菌在食物網中作爲捕食者的角色爲人熟知，在包括海洋、陸地、淡水、極地和一些人源環境（比如汙水處理廠）等多種生態系統中起到了關鍵作用。絕大多數已培養的黏細菌類群都可以通過分泌多種次級代謝産物來捕食或者裂解其他細菌、真菌。

圖1  光合黏細菌的全球分布以及光合基因簇的基因排列和譜系發生

通過構建光合微生物基因組數據集，本研究發現黏細菌門多個譜系（至少包含3綱、6科、14屬、18種）都具有完整的光合基因簇，編碼著細菌葉綠素合成酶、反應中心和捕光系統以及其他關鍵酶。這些光合基因的譜系發生揭示了光合黏細菌的單系起源和垂直遺傳的演化特征。我們爲其中新發現的綱暫定名爲“誇父”，取名自中國古代神話“誇父追日”；爲其中一個新科暫定名爲“後羿”，取名自中國古代神話“後羿射日”；爲其他潛在的光合黏細菌譜系暫定名爲“羲和”細菌，取名自中國古代神話“羲和浴日”。分子鍾定年結果指出光合黏細菌可能起源于大約30.9~26.7億年前，具有非常古老的光合營養史。代謝特征分析表明，六個科水平的光合黏細菌都具有葉綠素合成途徑中編碼AcsF酶的基因（有氧條件下發揮作用），部分類群同時具有編碼BchE酶的基因（厭氧條件下發揮作用）。同時，一些類群編碼完整的卡爾文循環（還原性磷酸戊糖途徑），表明其自養固碳潛能。因此，我們認爲光合黏細菌具有多種潛在的營養和能量代謝通路，而且部分類群屬于兼性厭氧細菌。

圖2 光合黏細菌的代謝特征

通过人工合成黏细菌光合色素生物催化过程中的关键基因，并转化入已敲除该关键基因的变形菌门紫细菌Rhodobacter sphaeroides中，发现异源表达的黏细菌光合色素合成酶能够成功催化形成具有活性的光合色素分子，证明该光合色素合成酶基因在黏细菌中也可能执行光合作用的相关功能（图3）。同时，异源表达的黏细菌类胡萝卜素合成关键基因在Rhodobacter sphaeroides缺失突变株中也具有催化活性。此外，利用Tara Oceans宏转录组数据集，本研究发现光合黏细菌所具有的光合基因在广泛的地理区域和多样的生境中均具有较高的表达量，且与非光合基因表达量相比没有显著差异。研究推测了黏细菌“光合-捕食-异养”的生活史：在寡营养的环境条件下，这些黏细菌可能进行光合作用以实现二氧化碳的固定；在富营养条件下，黏细菌会采用狼群战术对其他微生物进行捕食。在变化的环境中，黏细菌会及时调整其生存策略，从而在异养和自养生活方式之间进行切换。

图3 异源表达黏细菌光合色素合成基因。

(a) Rhodobacter sphaeroides光合色素合成基因敲除突变株、黏细菌光合色素合成基因回补株及野生株的全细胞吸收光谱；(b) HPLC分析Rhodobacter sphaeroides类胡萝卜素催化基因敲除突变株及黏细菌类胡萝卜素催化基因回补株吸收光谱。

本研究在四個層面上具有重要意義：1）新光合類群的發現擴大了已知基于葉綠色的光合細菌多樣性，即從原先認爲的8個細菌門擴大到了9個門；2）新光合類群及其光合基因對于進一步研究光合作用的起源和演化至關重要；3）新光合類群的自養代謝過程對生物地球化學循環可能具有重要意義；4）光合黏細菌的生活史可能啓示了嵌合型生活方式（光合+捕食）的起源和演化。

该成果得到了国家自然科学基金（92051116, 92251303, 91951209, 42272354）和上海市自然科学基金（20ZR1428000）的资助。中国科学院上海营养与健康研究所生物医学大数据中心张国庆教授、曹瑞芳、刘婉在数据提交和准备方面为本研究提供了重要支持，并得到水圈微生物组图谱（MASH）平台的支撑。本研究同时得到深部生命国际研究中心（IC-DLI）及上海交通大學网络信息中心高性能计算中心的重要支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-023-42193-7