深海热液流体中未培养候选门WOR-3细菌的分离鉴定及其新型硫还原机制研究

这篇研究首次从深海热液环境中成功分离出属于未培养候选门WOR-3的纯培养菌株sy37，揭示了其嗜热、微需氧的化能异养特性及独特的硫还原机制。通过基因组分析发现，该菌株携带V型ATP酶和细胞色素c氧化酶，可能通过新型硫还原途径适应现代氧化环境，为理解微生物进化与生态功能提供了关键实验证据。

　　

ABSTRACT
从深海热液流体中分离得到一株纯培养菌株sy37，属于候选门WOR-3（曾用名“Ca. Caldipriscota”“Ca. Hydrothermota”或“Ca. Stahliibacteriota”）。该菌为嗜热（70°C）、微需氧（2-10% O₂
）、化能异养的革兰氏阴性杆菌，能以元素硫（S⁰
）和O₂
作为电子受体，但无法利用硫酸盐、硝酸盐等常见受体。基因组分析揭示其可能通过类似硫化氢脱氢酶SudA的新型硫还原机制获取能量，并拥有完整的氧化磷酸化途径（含V型ATP酶和细胞色素c氧化酶），提示其适应现代氧化环境的进化潜力。

IMPORTANCE
WOR-3是仅通过16S rRNA基因和宏基因组组装基因组（MAGs）认知的未培养微生物谱系，广泛分布于热泉、深海热液等环境。本研究首次获得其纯培养代表，证实了基于MAGs预测的呼吸代谢特征（如V型ATP酶），同时发现了未被注释的硫还原能力，为解析微生物暗物质的生理功能提供了关键突破口。

Morphology
菌株sy37呈细长杆状（0.3×2-4 μm），具有典型革兰氏阴性双层膜结构，表面分布菌毛。电镜观察到细胞常连接成丝状体，并产生含膜结构的球形囊泡，可能参与环境适应或物质交换。

Physiological characteristics
静态培养条件下，菌株在含酵母提取物的培养基中倍增时间为10小时（70°C，5% O₂
）。严格依赖有机碳源，无法通过H₂
/O₂
或S⁰
/O₂
实现化能自养生长。硫还原实验显示其特异性利用元素硫而非硫代硫酸盐等含硫化合物。

Genomic feature
环状染色体大小为2.39 Mb（GC含量60.6%），含2083个预测基因（1107个为假设蛋白）。23S rRNA中可能存在归巢内切酶内含子，但未获实验验证。

Phylogenetic analyses
16S rRNA基因系统发育显示，sy37与来自热液环境的MAGs（如“Ca. Hydrothermae pacifica” JdFR-74）相似度最高（89.1%）。基于保守蛋白的基因组系统发育确认WOR-3为单系群，且sy37位于主要由海洋嗜热MAGs组成的进化枝内。

Metabolic pathway inference
代谢重建显示：

1. 碳代谢：具备完整糖酵解和三羧酸循环（TCA）途径，但缺乏已知CO₂
   固定途径；
2. 能量代谢：含NADH-醌氧化还原酶、V型ATP酶（细菌/古菌来源）及细胞色素c氧化酶；
3. 硫还原：虽缺失典型psr/dsr基因，但携带与Pyrococcus furiosus硫化氢脱氢酶SudA同源的基因（40.2%相似性），可能代表新型硫还原机制。

Comparison of metabolic pathways
对74个高质量MAGs的分析表明：

• WOR-3谱系普遍依赖V型ATP酶进行氧化磷酸化；
• 仅sy37所在进化枝（含“Ca. Caldipriscus” sp. T1.2）具备完整TCA循环和细胞色素c氧化酶，暗示该分支更适应氧化环境；
• 其他分支多含NADPH还原型氢化酶，反映代谢多样性。

DISCUSSION
sy37的分离破解了WOR-3谱系长达二十余年的“不可培养”困境。其独特的硫还原机制（依赖SudA同源蛋白）挑战了现有认知，而V型ATP酶的广泛存在提示这可能是该谱系的标志性特征。球形囊泡的发现为研究极端环境微生物的细胞通讯提供了新视角。

MATERIALS AND METHODS
菌株分离自西太平洋Suiyo海山热液喷口（深度1390 m，70°C），采用含酵母提取物的微需氧培养基（N₂
/CO₂
/O₂
=75:20:5）通过胶固法纯化。基因组通过454 GS FLX和MiSeq测序平台完成，注释采用DFAST工具。系统发育分析整合了GTDB-Tk、PhyloPhlAn和KEGG-Decoder等多重生物信息学方法。