火山生境新型浮霉菌Kolteria novifilia的独特侧向出芽分裂机制及其分类学意义

本研究从意大利帕纳雷亚岛火山热液口分离到一株新型浮霉菌株Pan216T，通过多相分类学分析确立其为Kolteriaceae科新成员。该菌株展现出独特的侧向出芽分裂方式（lateral budding）和表面层（S-layer）结构，基因组分析揭示其缺乏典型细胞分裂基因但含巨型基因。研究成果为理解PVC超门（Planctomycetota-Verrucomicrobiota-Chlamydiota）的进化多样性提供了新视角。

　　

ABSTRACT
浮霉菌门（Planctomycetota）作为参与全球碳氮循环的关键细菌类群，其成员展现出独特的细胞生物学特性。意大利帕纳雷亚岛浅海热液系统采样后，通过培养非依赖的扩增子测序分析揭示了该生境中浮霉菌的丰富多样性。采用富集培养策略分离得到菌株Pan216^T，其通过罕见的侧向出芽方式进行细胞分裂，与已知浮霉菌的极性出芽或二分裂机制截然不同。

INTRODUCTION
浮霉菌门与Verrucomicrobiota、Lentisphaerota等共同构成PVC超门，在海洋表面和热液沉积物中丰度可达70%-85%。该门类因缺乏FtsZ等典型分裂蛋白而备受关注，其细胞分裂机制长期未明。本研究结合热液口过渡带（27.6°C，pH 5.62）的微生物组分析与靶向培养，探究浮霉菌的生态适应策略。

MATERIALS AND METHODS
样本经2.7 μm/0.22 μm分级过滤后，采用M1H NAG ASW培养基（含HEPES缓冲液和N-乙酰葡糖胺）进行培养。通过全基因组扩增（MDA）和V3区16S rRNA测序分析群落结构。菌株Pan216^T的基因组（7.6 Mb，GC含量62%）完成测序（GenBank CP036279），电镜技术（SEM/TEM）解析其超微结构。

RESULTS

1. 热液口微生物组特征
   过渡带以Campylobacterota（79%）为主导，浮霉菌占比4%。其中一OTU与热菌Thermostilla marina相似度达97%，暗示热适应性进化。

2. 新科确立依据
   Pan216^T的16S rRNA基因与最近邻T. marina相似度仅85.4%，低于科级阈值86.5%。MLSA树显示其独立于Isosphaeraceae与Planctomycetaceae科之间，AAI值<42.8%，支持建立新科Kolteriaceae。

3. 颠覆性分裂机制
   时间推移显微镜捕捉到该菌通过中段收缩形成肾形母细胞，子细胞从侧面以管状结构连接（耗时3小时），不同于Planctopirus limnophila的极性出芽（Movie S1-S3）。基因组分析仅检出ftsK等有限分裂基因，但发现2个>15 kb的巨型基因。

4. 特殊表面结构
   冷冻电镜显示细胞外膜存在周期性表面层（S-layer），候选基因Pan216_39030等编码蛋白含典型分泌信号肽。该特征在厌氧氨氧化菌外属浮霉菌中首次报道。

DISCUSSION
侧向出芽分裂可能代表浮霉菌细胞分裂的过渡形态，为理解从二分裂到出芽的进化提供模型。热液环境选择压力可能驱动了Kolteria独特分裂方式的形成。表面层结构或与其在硫化物富集环境中的生存策略相关，类似Candidatus Kuenenia的S-layer功能。

分类学提案
建立新目Kolteriales、新科Kolteriaceae和新种Kolteria novifilia（模式菌株Pan216^T=DSM 100414^T）。属名致敬微生物学家Roberto Kolter，种名"novifilia"喻示其产生子细胞的非凡能力。该菌株的分离为探索微生物细胞分裂进化开辟了新途径。