海院科研动态（65）| 深海海绵奇古菌的基因组特征及其适应机制研究取得新进展

       古菌（Archaea）是大多生活在极端生境中的一类特殊微生物类群，具有种类繁多、代谢活性独特以及可与很多深海生物共生等特点，是基因资源的宝库，也是海洋物质循环的重要参与者。作为海洋环境，特别是深海环境中广泛分布的优势微生物类群，奇古菌可占到海洋原核生物总量的20%左右，在海洋黑暗固碳过程中发挥着关键的作用。因此，研究深海奇古菌的代谢特征及适应性机制，对于理解其在深海碳循环中的作用，具有十分重要的意义。

我院海洋生态学研究团队通过分析西太平洋2400米水深的深海海绵样品，获得了3个新的海绵共生奇古菌的基因组（图1）。物种注释结果发现，无论是在宏基因组序列还是在16S扩增子序列中，奇古菌都是该海绵共生微生物群落中的优势类群。将这3个奇古菌基因组与已发表的奇古菌基因组的进行比较基因组分析，研究结果表明，和浅海海绵共生奇古菌一样，深海海绵共生奇古菌的CRIPSR/Cas基因也显著富集，这表明深海海绵共生奇古菌也具有抵御病毒入侵的生态功能。独特的是，深海海绵共生奇古菌还显著富集与压力适应、共生附着的稳定性、宿主-微生物互作以及蛋白质运输相关的基因（图2），表明深海海绵共生奇古菌在适应深海压力、对抗海绵宿主过滤时产生的水流扰动等功能方面具有优势，使其能够成为深海海绵共生体中的优势微生物类群。本研究发现了海水深度和共生环境共同塑造了深海共生奇古菌的基因组特征的新现象，并提出了深海奇古菌适应极端环境的新机制，为理解奇古菌在深海碳循环中的作用提供了依据。

图1 西太平洋2400m水深处的六放海绵及共生微生物群落结构组成

（本研究对象为海绵前端，其共生奇古菌占所有共生微生物群落的47%）

        以上研究成果发表在中科院大类二区Top期刊《Frontiers in Microbiology》（Peng Wang, Minchun Li, Liang Dong, Cheng Zhang and Wei Xie. Comparative Genomics of Thaumarchaeota From Deep-Sea Sponges Reveal Their Niche Adaptation）。我院2018级本科生王鹏为论文第一作者，我院谢伟副教授为论文的通讯作者。

图2 不同环境来源奇古菌基因组进化树比较

（★为本研究发现的新的奇古菌基因组，均与深海奇古菌聚为一支，但与浅海奇古菌进化距离较远）

        本研究得到国家自然科学基金、南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）创新团队项目等资助。

        原文链接：https://doi.org/10.3389/fmicb.2022.869834