ANME-1厌氧甲烷氧化古菌的比较基因组学揭示其生态分化与模块化代谢架构

《Environmental Microbiome》：Evolutionary diversification and metabolic adaptations of ANME-1 archaea

　　

摘要

ANME-1 类群的厌氧甲烷氧化古菌 (ANME) 是全球碳循环的关键调节者，然而导致其生态分化和广泛环境分布的基因组基础仍然知之甚少。在此，我们对来自热液喷口、冷泉以及其他海洋和陆地生境的 132 个 ANME-1 宏基因组组装基因组 (MAGs) 进行了比较系统发育基因组学和基因组分析。我们的分析大大扩展了 ANME-1 多样性的基因组代表性，解析出 14 个不同的属级系统发育簇，组织成三个具有不同生物地理模式和生境偏好的单系亚类群 (ANME-1a, 1b 和 1c)。值得注意的是，我们鉴定出一种保守的 Fae-Hps 基因配置，为 ANME-1 基因组中普遍缺乏经典 mer 基因情况下的甲醛处理提供了一条候选途径。此外，我们观察到 ADP 生成乙酰辅酶 A 合酶 (acs) 的谱系相关分布，该基因在 ANME-1a 和 ANME-1b 中被检测到，表明存在与谱系相关的乙酸激活潜力差异。现有的 ANME-1c 基因组与热液环境相关，显示出最高的预测最适生长温度 (中位数 71.6 °C)，而 ANME-1a 和 ANME-1b 显示出更宽的预测 pH 值和盐度范围，这与其在海洋和非海洋生境中更广泛的代表性相一致。我们的发现揭示了一种高度模块化的代谢架构，它将保守的甲烷厌氧氧化核心途径与谱系可变的电子传递系统 (例如 Rnf, Ehb 和 MHCs) 相结合，这可能有助于 ANME-1 在地球多样无氧生境中的生态位分化和广泛生态分布。