蒙古盐碱湖极端耐碱氨氧化细菌Nitrosomonas sp. ANs5的基因组草图解析及其适应性进化研究

来自美国国家科学基金会资助的研究团队报道了从蒙古乔巴山省盐碱湖分离的极端耐碱氨氧化细菌(AOB)Nitrosomonas sp. ANs5的基因组特征。该菌株能在pH高达11.4的环境中生长，创下了Nitrosomonadaceae科细菌的耐碱记录。研究通过Illumina NovaSeq X Plus平台测序获得3.07 Mbp基因组草图，鉴定出氨单加氧酶(amoCAB)、羟胺氧化还原酶(hao)等关键代谢基因，为揭示AOB的碱适应机制提供了重要线索。

　　

在蒙古东北部乔巴山省的盐碱湖沉积物中，科学家们分离出一株具有惊人耐碱能力的氨氧化细菌(AOB)——Nitrosomonas sp. ANs5。这株隶属于Betaproteobacteria纲、Burkholderiales目、Nitrosomonadaceae科的微生物，能在pH高达11.4的极端碱性环境中茁壮成长，刷新了该科细菌的耐碱记录。

研究人员采用Illumina NovaSeq X Plus测序平台，对ANs5菌株进行了全基因组测序。经过严格的质量控制流程，包括FASTQC、TRIMMomatic和PRINSeq等工具处理，最终获得覆盖度达65×的基因组草图。这个包含122个contig的3.07 Mbp基因组，GC含量为52%，编码着2,713个蛋白质基因。

特别引人注目的是，基因组中鉴定出了氨氧化代谢的关键基因：两套氨单加氧酶基因簇(amoCAB)和一套羟胺氧化还原酶(hao)基因。这些基因编码的酶类在细菌将氨转化为亚硝酸盐的代谢途径中扮演核心角色。此外还发现了亚硝酸还原酶(nirK)基因，暗示着该菌株可能具备将亚硝酸盐进一步还原的能力。

通过比较基因组分析发现，ANs5与近缘种Nitrosomonas halophila Nm1的基因组平均核苷酸相似性(ANI)为91.9%，但拥有500个独特基因。这些基因差异可能正是其卓越耐碱能力的遗传基础。研究人员采用基于119个单拷贝基因构建的系统发育树显示，ANs5与N. halophila、N. europaea和N. eutropha聚为一支，支持率极高。

这项研究不仅扩充了我们对极端环境微生物的认识，更为理解氨氧化细菌在碱性环境中的适应性进化提供了宝贵线索。未来通过深入分析这些独特基因的功能，或将揭示微生物在极端pH条件下维持氮循环的关键分子机制。