极端环境微生物新发现：Dziani Dzaha湖PVC超门新谱系的基因组特征与代谢潜能

本研究通过8年宏基因组时间序列分析，从极端盐碱湖Dziani Dzaha中鉴定出5个PVC（Planctomycetota-Verrucomicrobiota-Chlamydiota）超门新谱系，揭示了其独特的碳、氢、铁/电子循环代谢能力（如胞外电子传递EET和捕食性巨型蛋白），填补了极端环境微生物功能认知空白，为理解生态系统扰动下的微生物适应性提供新视角。

　　

论文解读

极端环境一直是探索生命极限和微生物多样性的天然实验室。在火山口形成的Dziani Dzaha湖（马约特岛）因其高盐（71 psu）、强碱（pH 10）和分层化学特性，成为研究微生物适应机制的理想场所。尽管前期研究揭示了该湖独特的微生物群落结构，但对其中隶属于PVC（Planctomycetota-Verrucomicrobiota-Chlamydiota）超门的"微生物暗物质"的代谢功能及生态作用仍知之甚少。这些未被培养的类群（如Omnitrophota和Elusimicrobia）在生物地球化学循环中可能扮演关键角色，但其基因组特征和适应性策略亟待解析。

法国里昂国立应用科学学院等机构的研究团队通过2014-2022年的纵向采样，结合宏基因组组装技术，从Dziani Dzaha湖中重建了5个PVC超门新谱系的高质量基因组（MAGs），发现它们具有突破性的代谢能力——包括铁还原、甲醛同化和捕食性行为，相关成果发表于《Environmental Microbiome》。该研究不仅拓展了PVC超门的系统发育边界，还为理解极端环境微生物的生存策略提供了分子证据。

关键技术方法
研究整合了50个时间序列样本的Illumina测序数据，采用MEGAHIT进行共组装，通过MetaBAT-2分箱获得1,185个MAGs（其中582个完整性>70%）。利用GTDB-Tk进行物种注释，结合CheckM评估质量。功能预测采用KofamScan、METABOLIC等工具，重点分析氢化酶（HydDB）、电子传递链（FeGenie）及碳水化合物活性酶（dbCAN3）。

研究结果

极端环境中的PVC新谱系
系统发育分析（基于17个核糖体蛋白）显示：

• Ca. Menyafoubacter和Ca. Nundrabacter属于Auribacterota门，与南极盐湖基因组聚类
• Ca. Fungwabacter和Ca. Vouabacter构成新门Shingomicrobia（AAI<50%）
• Ca. Piabacter代表全新演化支（AAI 43.91%）
  这些类群在2014-2015年高硫（6 mM H₂S）深水区富集，但2018年地震导致的环境扰动使其丰度骤降，证实其严格嗜极特性。

代谢创新性发现

1. 胞外电子传递（EET）：Shingomicrobia含FLEET基因簇（eetA/ndh2），与导电性铁硫矿物互作可能驱动异化铁还原或种间电子交换。
2. 一碳代谢：Ca. Piabacter拥有hxlAB操纵子（3-己酮糖-6-磷酸合成酶/异构酶），首次在厌氧细菌中发现甲醛同化途径（RuMP）。
3. 巨型毒力蛋白：Ca. Menyafoubacter编码6,000 aa胞外蛋白，含多糖裂解酶（PL6）、CASH结构域和Rhs毒素模块，或靶向湖中优势藻类Picocystis salinarum。

生态功能启示

• Ca. Nundrabacter具有最大家族（2.6 Mb）和复杂糖苷水解酶（35种），专化于有机质降解
• 氢循环依赖Group A3 [FeFe]氢化酶和Rnf复合体，与Elusimicrobia趋同进化
• 地震引发的氧化应激（尽管存在超氧化物歧化酶）导致种群崩溃，凸显极端生态系统脆弱性

结论与意义
该研究通过基因组挖掘揭示了PVC超门在极端环境中的代谢可塑性：从铁还原（EET）、小分子发酵（CO/甲醛）到潜在捕食行为，突破了现有认知框架。新定义的Shingomicrobia门和Ca. Piabacter类群为微生物演化树添加了关键分支。更重要的是，这些稀有类群（相对丰度<0.3%）可能通过"代谢热点"效应驱动盐碱湖元素循环，其环境敏感性也为评估地质活动对微生物多样性的影响提供了标志物。未来研究需通过单细胞组学或微流控培养验证这些预测功能，特别是巨型蛋白的生态作用。