深部の識別

Nature Communications volume 14、記事番号: 4354 (2023) この記事を引用

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22 オルトメトリック

メトリクスの詳細

初期の細菌、あるいはすべての細胞の最後の普遍的共通祖先でさえ好熱性であったと提案されています。 しかし、好熱菌の起源と進化に関する研究は、純粋培養における深分岐好熱性微生物の単離に伴う困難によって妨げられています。 ここでは、希少生物を分離するために設計された 2 段階の培養戦略 (「サブトラクション - サブオプティマル」、StS) を使用して、深海の熱水噴出孔から深部に分岐する好熱性細菌を分離します。 我々がZhurongbacter Thermophilus 3DACと名付けたこの細菌は、コプロサーモバクテロータや他の好熱性細菌群と系統発生的に関連する硫黄還元従属栄養株であり、初期に分岐した主要な細菌系統を代表すると思われるクレードを形成している。 このクレードの祖先は、好熱性、厳密に嫌気性、運動性、水素依存性、混合栄養性の細菌である可能性があります。 したがって、私たちの研究は、好熱性細菌の初期の進化に関する洞察を提供します。

最適増殖温度が 45 °C を超える生物は、好熱菌として指定されます 1、2。 これらの好熱菌は、陸上の火山地帯、温泉、海底熱水系、深海底、石油貯留層、太陽熱で加熱された表層土壌、工業用保育器など、自然または人工の高温環境に遍在しています3、4、5、6、7。 8. 一部の好熱菌はアルカリ性、酸性、または高塩分条件でも生存でき、複数のストレス要因に耐える能力を強調しています9,10。 これらのいわゆる「極限環境」は一般に、冥王代後期または始生代初期に生命が誕生した初期の地球に存在していた条件と類似していると考えられており 11,12、複数の実験研究 13,14 と地質学的証拠 15 が好熱菌の初期の起源を裏付けています。

好熱性細菌は広範囲の細菌門で見られますが、ほぼ好熱性細菌だけを含む門はわずか数門だけです。つまり、アキフィコタ門、ディクチョグロモタ門、コプロサーモバクテロータ門、サーモトゴータ門、およびサーモデスルフォビオタ門です。 好熱性は細菌や生命の祖先の特徴を表す可能性があることが示唆されていますが、他の仮説は細菌の非好熱性起源を提唱し、Chloroflexota や候補放射門などの細菌系統を位置づけています。 (CPR) 細菌系統樹の根元付近 21、22、23。 アウトグループフリーの遺伝子樹と種樹の調整アプローチを用いた最近の研究では、フソバクテリオタ系統の系統発生上の位置に関する不確実性があるにもかかわらず、以前に予測された細菌の根を否定し、2つの主要な細菌の枝、すなわちGracilicutesとTerrabacteriaの間に新しい強力な根を配置しました24。 。 それにもかかわらず、好熱性細菌がいつ誕生し、その代謝がどのように進化したのかは依然として不明である。

細菌の最後の共通祖先（LBCA）または初期に分岐した細菌系統の予測される代謝能は、初期の地球環境と初期の生態系に光を当てる可能性があります20、25、26、27、28。 好熱性細菌については、Thermotogota29、Aquificota30、Coprothermobacterota31 などの異なる系統に焦点を当てたこれまでのいくつかの研究により、他の原核生物から水平移入された遺伝子の割合が高い複雑な進化の歴史が明らかになりました。 しかし、主要な好熱性細菌クレードの包括的な比較ゲノム分析に基づく進化研究はまだ不足しています。 培養を必要としないメタゲノム解析により、細菌の多様性に関する知識が大幅に拡大しました 32,33 が、好熱性細菌の研究では、好熱性細菌の特徴を確認するための最適な増殖温度など、その生理機能の直接的な証拠を提供するために分離株が依然として必要です。 しかし、純粋培養された新規好熱性細菌を入手することは、特に分岐が深いクレードの場合、非常に困難です。