绿弯菌门因具备独特的3-羟基丙酸双循环（3-hydroxypropionate bicycle, 3-HP）途径来固定CO2而为人们所熟知，也是一个代谢多样且处于深度分支的细菌门类，在地球生物地球化学循环中扮演着重要的角色。尽管它们在环境中分布广泛且丰度较高，但是基于分子生态学的研究结果发现，尚有大量绿弯菌类群仍是未培养状态，结合获得这个类群纯培养的困难性，限制了我们对其功能多样性的深入了解，使得利用不依赖纯培养的技术手段来研究这个门类显得十分必要!
中山大学生命科学学院李文均教授团队以印度古吉拉特邦和马哈拉施特拉邦的热泉为研究样点，利用绿弯菌门特异探针基于荧光原位杂交发现样品中绿弯菌门的形态为棒状或者球棒状（图1a），与其他绿弯菌的形态相似。基于宏基因组学技术重构了17个高质量的绿弯菌基因组，系统发育分析显示它们可能是新属或者新种级别（图1b）。功能分析显示其中一个基因组编码了不产氧光合作用的基因（图2），且可能是通过水平基因转移（Horizontal Gene Transfer, HGT）的方式从变形菌门或者绿菌门获得，与前期研究发现绿弯菌门的光合作用可能由HGT驱动的结论一致。除了3-HP途径外，绿弯菌还利用卡尔文循环以及还原性乙酰辅酶A途径进行二氧化碳固定。本研究新获得部分类群基因组也携带这两个途径的关键基因，但是本研究并没有在其中发现HGT的信号。本研究基因组涉及其他潜在关键代谢还包括：同化硫酸盐还原（sat, cysC和sir）、异化硫酸盐还原（dsrA和dsrB）、异化硝酸盐还原（narGHI和nrfAH）、尿素降解（ureABC）和一氧化碳氧化（coxSML和cooSF）等（图2），这些结果极大的拓展了我们对于热泉生境绿弯菌门代谢多样性的认识。此外，本研究不同类群基因组还编码鞭毛和趋化相关基因，这暗示它们具备游动能力，以及大多数基因组携带热激蛋白和分子伴侣相关基因，使得它们得以在高温环境保持蛋白稳定以维持细胞的生命活动。
图1 a) 热泉样点地理位置以及绿弯菌门荧光原位杂交分析；b) 基于16个分子标记蛋白构建的绿弯菌门系统发育树
图2 本研究基因组的部分关键代谢
近日，该成果以“Metagenomic analysis further extends the role of Chloroflexi in fundamental biogeochemical cycles”为题发表于环境科学与生态学期刊Environmental Research。生命科学学院博士后Manik Prabhu Narsing Rao、罗振豪和董周焱为本论文的共同第一作者，李文均教授和河南师范大学的聂国兴教授为共同通讯作者，中山大学为该成果的第一完成单位。这项工作得到了广东省重点领域研发计划项目（2018B020206001）和国家自然科学基金 (91951205)的资助。