白菜官网李文均教授团队发现新古菌类群——布罗克古菌门（Ca. Brockarchaeota）
相对而言，世界各地广泛分布的陆地高温热泉、深海热液口等生态系统往往具有高温、低氧的极端条件，在很大程度上限制甚至是完全排除了其它高等生物的存在，这种环境中的生命活动往往以微生物为主体。因此，这些高温生境具有相对简单的微生物群落结构，有利于开展微生物介导的碳氮元素循环过程相关研究。热泉环境除了具有高温的特性之外，还含有大量来自地球深部的还原性化学成分（如CH4、H2、硫化物等），与地球早期环境相似；并且，来源于热泉或热液口环境的高温微生物在系统进化上大部分位于系统发育树的根部，分支较短，由此，有学者认为这些地热系统是孕育早期生命的理想场所。
近期白菜官网李文均教授团队联合来自美国的科学家团队发现了一个全新的古菌门类，它们安静地生活在世界各地的温泉、地热系统和热液沉积物中。这些微生物似乎在全球碳循环中扮演着重要角色，它们帮助分解腐烂的植物而不产生温室气体甲烷。热泉或热液口等地热环境是碳循环的关键点，此处存在着大量未知的微生物。作者从美国瓜伊马斯海盆的高温深海底泥和中国滇藏两地的高温热泉生态系统中采集样本，并借助高通量测序技术和分析重构了15个新类群古菌基因组。分析结果表明这些古菌不属于已知门类，因此作者将其命名为Brockarchaeota新门（布罗克古菌门，以纪念刚刚过世的国际知名高温菌研究鼻祖——美国印第安那大学退休微生物学教授Thomas Brock先生）（图1）。部分Brockarchaeota为非产甲烷的厌氧甲基营养型微生物，可通过还原Wood-Ljungdahl通路的四氢叶酸甲基分支，并耦合甘氨酸的还原来合成丙酮酸，并最终参与到生物量和能量合成代谢中（图2）。而比较基因组分析发现，海底热液环境的Brockarchaeota因缺乏完整的氧化磷酸化过程，因此通过磷酸化多种植源性多糖实现发酵过程并合成ATP。相比之下，热泉生态系统的Brockarchaeota多为甲基营养性微生物，可通过代谢甲醇和三甲胺等甲基底物以生成ATP。结合Brockarchaeota的广泛分布， 作者猜测Brockarchaeota在厌氧环境下的碳循环中扮演至关重要的角色。
图1.基于甲基转移酶相关蛋白构建Brockarchaeota和其它TACK superphylum成员的进化树
图2.甲基转移酶系统的系统发育树分析
TACK superphylum中的成员具有多样化的碳水化合物活性酶，虽然与Thaumarchaeota相比，Brockarchaeota目前只有15个基因组，但是它们的碳水化合物活性酶的种类更加丰富、数量更多（图3）。
图3.碳水化合物活性酶基因丰度图
Brockarchaeota的基因组分析说明它们是兼性或专性厌氧微生物，而部分Brockarchaeota具有独特的非产甲烷甲基营养途径，可在缺氧环境中降解甲胺而不产生甲烷，说明它们在自然界中处于独特的生态地位（图4）。同时Brockarchaeota可降解复杂的碳水化合物，说明它们是环境中有机物降解的参与者。
图4. Brockarchaeota具有独特的非产甲烷甲基营养途径
该团队在国际知名学术期刊Nature Communications上发表题为“Brockarchaeota, a novel archaeal phylum with unique and versatile carbon cycling pathways”的学术论文。我校600全讯白菜官方网站李文均教授和得克萨斯大学奥斯汀分校助理教授Brett J. Baker为共同通讯作者。该研究工作分别得到中国、美国国家自然科学基金项目等项目的资助。
全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-22736-6
作者
本院
来源
本院
