近日，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院蔣建東教授、王保戰(zhàn)教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院高彥征教授團(tuán)隊(duì)，在《Advanced Science》發(fā)表了題為“Unveiling Global Diversity of Patescibacteriota and Functional Interactions with Host Microbes”的研究性論文。該研究建立了基于核糖體蛋白S3（rpS3）的系統(tǒng)發(fā)育分析新框架，繪制了超微細(xì)菌Patescibacteriota的全球分布圖譜，并揭示了Patescibacteriota通過(guò)協(xié)同代謝增強(qiáng)宿主環(huán)境適應(yīng)性并參與全球生物地球化學(xué)循環(huán)的生態(tài)學(xué)新機(jī)制。

圖1 Advanced Science在線(xiàn)發(fā)表的Patescibacteriota全球多樣性及其與宿主的功能互作的研究性論文

Patescibacteriota（亦稱(chēng)候選門(mén)級(jí)輻射類(lèi)群，CPR）是一類(lèi)細(xì)胞極小、基因組嚴(yán)重縮減且缺乏獨(dú)立生物合成能力的特殊細(xì)菌類(lèi)群，通常以附生（epibiotic）方式依賴(lài)宿主生存，是“微生物暗物質(zhì)”的重要組成部分。由于其16S rRNA基因存在大量特殊的插入序列，并且難以被傳統(tǒng)通用引物有效擴(kuò)增，導(dǎo)致傳統(tǒng)擴(kuò)增子測(cè)序技術(shù)嚴(yán)重低估了其多樣性，學(xué)界對(duì)其全球分布格局及與宿主的功能互作機(jī)制知之甚少。研究團(tuán)隊(duì)利用核糖體蛋白S3（rpS3）作為穩(wěn)健的系統(tǒng)發(fā)育標(biāo)記，克服了傳統(tǒng)方法的局限。通過(guò)整合全球尺度多生境的13.9 Tb宏基因組數(shù)據(jù)及4645個(gè)基因組（MAGs），系統(tǒng)評(píng)估了Patescibacteriota的全球多樣性。結(jié)果顯示，Patescibacteriota是僅次于變形菌門(mén)和放線(xiàn)菌門(mén)的全球第三大細(xì)菌門(mén)類(lèi)，其群落結(jié)構(gòu)具有顯著的生境特異性，特別是在地下水和污水處理廠(chǎng)環(huán)境中表現(xiàn)出極高的豐度和多樣性。進(jìn)一步，通過(guò)共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析與基因組代謝潛能挖掘，研究團(tuán)隊(duì)揭示了Patescibacteriota與宿主細(xì)菌之間存在特定的“代謝互補(bǔ)”機(jī)制，可能通過(guò)代謝級(jí)聯(lián)效應(yīng)介導(dǎo)功能協(xié)同。具體而言，在高亞硝環(huán)境中，編碼亞硝酸鹽還原酶（NirK）的Patescibacteriota傾向于與硫酸鹽還原菌（Desulfobacterota）共存，通過(guò)協(xié)助宿主將亞硝酸鹽還原為一氧化氮（并泵出細(xì)胞），從而緩解亞硝酸鹽對(duì)硫酸鹽還原過(guò)程的抑制；而在硝化作用活躍的系統(tǒng)中，編碼一氧化氮還原酶（NorB）的Patescibacteriota則主要與全程氨氧化菌（Nitrospira中的一個(gè)獨(dú)特類(lèi)群）互作，通過(guò)消除代謝副產(chǎn)物NO的毒性，維持宿主的代謝活性。

圖2 Patescibacteriota全球多樣性分布及其與宿主微生物的代謝互作模型

本研究提出，盡管Patescibacteriota基因組極度縮減，但其保留的關(guān)鍵代謝功能（如NirK和NorB）可作為“生態(tài)貨幣”，幫助宿主應(yīng)對(duì)環(huán)境脅迫，從而在復(fù)雜的微生物群落中建立穩(wěn)固的共生關(guān)系。這一“代謝互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)的互利共生”模型，不僅刷新了對(duì)微生物“暗物質(zhì)”生態(tài)重要性的認(rèn)知，也為理解微生物群落如何通過(guò)協(xié)同進(jìn)化適應(yīng)全球環(huán)境變化提供了新視角。

南京農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院博士生紀(jì)彥晗、柳旭博士和中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所趙帥副研究員為論文共同第一作者。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)王保戰(zhàn)教授、蔣建東教授和高彥征教授為論文共同通訊作者。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目資助。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202509416