Expanded diversity of Asgard archaea and their relationships with eukaryotes

Nature [IF:42.778]

DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-021-03494-3

发表日期：2021-04-28

第一作者：Yang Liu¹, Kira S. Makarova², Wen-Cong Huang¹

通讯作者：Eugene V. Koonin (koonin@ncbi.nlm.nih.gov)²，Meng Li(李猛，limeng848@szu.edu.cn)^1,2,3 

合作作者: Yuri I. Wolf, Anastasia N. Nikolskaya, Xinxu Zhang, Mingwei Cai, Cui-Jing Zhang, Wei Xu, Zhuhua Luo, Lei Cheng

主要单位：

¹深圳大学高等研究院(Shenzhen Key Laboratory of Marine Microbiome Engineering, Institute for Advanced Study, Shenzhen University, Shenzhen, P. R. China)

²美国国家生物技术信息中心，国家医学图书馆，美国国立卫生研究院(National Center for Biotechnology Information, National Library of Medicine, National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA)

深圳大学高等研究院李猛教授团队在《自然》发表研究长文（Article）揭示阿斯加德古菌新门及其与真核生物的关系

2021年4月28日，深圳大学高等研究院李猛教授课题组在《自然》发表了题为“阿斯加德古菌的多样性及其与真核生物的关系”的研究长文(Article)。该项研究从我国的滨海湿地和近海沉积物到西太平洋深渊等样品中发现六个阿斯加德古菌新门并建立首个阿斯加德古菌功能基因库（AsCOG），研究还深入分析阿斯加德古菌的基因组和代谢潜能，重构了由原核生物（细菌、古菌）和真核生物组成的生命之树，从系统发育进化关系、真核特征蛋白功能演化及生理代谢的互作等方面详细阐释了阿斯加德古菌与真核生物的关系，为认识真核生物起源这一未解的生命科学之谜提供了新见解。

该项研究由深圳大学、美国国立卫生研究院、自然资源部第三海洋研究所和农业部沼气科学研究所等单位合作完成。深圳大学高等研究院李猛教授和美国国立卫生研究院Eugene Koonin教授为论文共同通讯作者，刘杨副研究员（深圳大学）、Kira Makarova博士（美国国立卫生研究院）和黄文聪硕士研究生（深圳大学）为共同第一作者。

阿斯加德（Asgard）古菌，又名仙宫古菌，是最近确立的第四个古菌超门。基于基因组数据的系统发育分析，有学者提出真核生物可能起源于阿斯加德古菌。2019，日本学者首次高度富集了一类阿斯加德古菌—洛基古菌，证实其携带编码类似真核细胞结构与代谢功能的一系列基因。Science杂志将阿斯加德古菌和真核生物起源的研究列为2019年的十大科学进展之一。因此，探讨阿斯加德古菌与真核生物起源已成为当前国际生命科学研究的前沿热点。

最初的五个阿斯加德古菌门类均以北欧神话中的神命名，包括洛基古菌、索尔古菌、奥丁古菌、海姆达尔古菌和海拉古菌等。李猛教授课题组于2020年初在我国红树林湿地沉积物中率先发现了第六个阿斯加德古菌门，将其命名为葛德古菌（Gerdarchaeota，女巨人）。在此基础上，李猛教授课题组与Eugene Koonin教授课题组等开展深入合作，对现有基因组和不同环境样品的宏基因组进行整合分析，获得了162个高质量的阿斯加德古菌基因组，其中75个属于尚未报道的新基因组，从中发现了6个尚未被报道的阿斯加德古菌新门，其中5个门类分别以北欧神话的神命名为赫尔莫德古菌（Hermodarchaeota，赫尔莫德：神使）、巴德尔古菌（Baldrarchaeota，巴德尔：光明之神）、霍德尔古菌（Hodarchaeota，霍德尔：黑暗之神）、包尔古菌（Borrarchaeota，包尔：奥丁的父亲）和卡瑞古菌（Kariarchaeota，卡瑞：风之神），还有一个更为古老的阿斯加德古菌新分支则以中国古典名著《西游记》中大闹天宫的齐天大圣“孙悟空”的名字命名为悟空古菌（Wukongarchaeota），以彰显我国文化自信。分析表明，悟空古菌具备氢氧化的化能自养代谢潜能，显著区别于其他阿斯加德古菌混合营养或异养的代谢模式，这也是将其命名为中国神话人物的原因。

图一：阿斯加德古菌超门的系统发育分析（图中红色为我们新命名的7个门类），右图为卡通人物形象。

这项研究还排除了物种和保守标记基因的选择方面对系统发育分析结果稳健性的影响，构建了一个具有高物种覆盖度的生命之树，系统地分析了阿斯加德古菌和真核生物之间的进化关系。结果显示，真核生物起源于阿斯加德古菌内部，即海姆达尔-悟空的共同祖先分支，或起源于其他更古老的未知古菌分支（图二）。

图二：阿斯加德古菌和真核生物的系统发育关系

该研究建立首个阿斯加德古菌功能基因库（asCOG），发现大量的新型的真核特征蛋白，主要涉及胞内物质分泌和运输、囊泡运输、蛋白质的翻译后的修饰、更新和伴侣折叠等过程。研究还发现这些真核特征蛋白在12个阿斯加德古菌门中的分布较为零散，并且具有多样的蛋白结构域，暗示阿斯加德古菌具有显著的动态进化历史过程。此外，研究还重构了阿斯加德古菌关键代谢途径的演化过程，提出了真核生物可能起源于“自养型阿斯加德古菌与发酵型细菌”的代谢共生模式，为解答真核生物起源这一重大科学问题提供了新的见解（图三）。

图三：阿斯加德古菌关键代谢过程的重构与演化

本研究受到国家自然科学基金委、广东省教育厅创新团队和深圳市科创委等项目的资助。

文章链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-03494-3；

官方新闻：https://ias.szu.edu.cn/info/1019/5995.htm

文章背后的故事见：https://natureecoevocommunity.nature.com/posts/exploring-asgard-archaea-and-their-relationships-with-eukaryotes 。

猜你喜欢

10000+：菌群分析 宝宝与猫狗 梅毒狂想曲 提DNA发Nature Cell专刊 肠道指挥大脑

系列教程：微生物组入门 Biostar 微生物组  宏基因组

专业技能：学术图表 高分文章 生信宝典 不可或缺的人

一文读懂：宏基因组 寄生虫益处 进化树

必备技能：提问 搜索  Endnote

文献阅读 热心肠 SemanticScholar Geenmedical

扩增子分析：图表解读 分析流程 统计绘图

16S功能预测   PICRUSt  FAPROTAX  Bugbase Tax4Fun

在线工具：16S预测培养基 生信绘图

科研经验：云笔记  云协作 公众号

编程模板: Shell  R Perl

生物科普:  肠道细菌 人体上的生命 生命大跃进  细胞暗战 人体奥秘

写在后面

为鼓励读者交流、快速解决科研困难，我们建立了“宏基因组”专业讨论群，目前己有国内外5000+ 一线科研人员加入。参与讨论，获得专业解答，欢迎分享此文至朋友圈，并扫码加主编好友带你入群，务必备注“姓名-单位-研究方向-职称/年级”。PI请明示身份，另有海内外微生物相关PI群供大佬合作交流。技术问题寻求帮助，首先阅读《如何优雅的提问》学习解决问题思路，仍未解决群内讨论，问题不私聊，帮助同行。

学习16S扩增子、宏基因组科研思路和分析实战，关注“宏基因组”

点击阅读原文，跳转最新文章目录阅读