微生物硫氧化途径的进化轨迹反映了地球的氧化历史

《Nature Communications》：Evolutionary trajectory of microbial sulfur oxidation pathways recapitulates Earth’s oxygenation history

　　

摘要

由微生物硫氧化多酶复合体介导的异化硫氧化在地球的氧化硫循环中起着核心作用。然而，导致其当前复杂结构的进化路径至今仍不甚清楚。在此，我们结合了扩展的基因组数据与地球化学证据，以地质时间线为框架重构了Sox系统的自然演化历史。我们的分析追溯了在大氧化事件之前存在的简化版Sox系统（SoxABXYZ）的起源。这种早期形式后来与反向异化亚硫酸盐还原酶（rDsr）结合，形成了厌氧太古宙时期形成硫酸盐的原始途径。在大氧化事件后，随着大气中氧含量的上升，该简化系统又融入了SoxCD组分，从而演化出一种比依赖rDsr的途径更为精细、更能适应氧环境的路径。随后，这些Sox途径变体的传播受到其原核宿主对氧的需求及系统发育背景的限制，进而塑造了现代微生物硫氧化的生态格局。最近出现的病毒招募辅助Sox组分的现象，则代表了最新的进化事件，使得人类能够在数百年到数千年的时间尺度上直接调控硫循环。总体而言，这一重构的分子时间线为我们深入了解全球氧化硫循环的进化动态，以及它与地球不断变化的环境之间数十亿年的相互作用提供了更深入的视角。