《Microbiome》：Candidate Phyla Radiation (CPR) bacteria from hyperalkaline ecosystems provide novel insight into their symbiotic lifestyle and ecological implications
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为探究候选门辐射（CPR）细菌的分布、与宿主的关联及生态作用，研究人员以超碱性蛇纹岩化环境为模型系统开展研究。结果发现 CPR 细菌在该环境占比 1.93 - 34.8%，其与宿主可能存在叶酸介导的共生关系。该研究深化了对 CPR - 宿主共生机制的理解。
在微生物的奇妙世界里，有一种名为候选门辐射（Candidate Phyla Radiation，CPR）的细菌，它们就像隐藏在黑暗中的神秘 “居民”。CPR 细菌是一个独特的超级门，以超小的细胞尺寸和共生生活方式为特征，广泛分布于各种生态系统中。然而，它们的分布范围、与宿主的关系以及在生态系统中扮演的角色，却如同被迷雾笼罩，知之甚少。此前的研究大多集中在近中性和酸性环境中的 CPR 细菌，对于它们在碱性环境中的情况了解极为有限，而且 CPR 细菌与宿主相互作用的机制也仅在少数可培养系统中得到证实。为了揭开这些谜团，中国地质大学（武汉）等机构的研究人员踏上了探索之旅，相关研究成果发表在《Microbiome》杂志上。
研究人员选择了四川的一个类似蛇纹岩的超碱性环境作为研究对象。这个环境的形成很有特点，是由各种来源的水（如降水、地下水和附近河流的水）与废弃的工业废料（如铁渣和铁矿石）反应产生的强碱性渗滤液（pH＞12），类似于超基性岩石（如橄榄石和辉石）的蛇纹石化过程。研究人员在这里采集了 9 个样本，包括 5 个渗滤液样本和 4 个沉积物样本。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是宏基因组测序技术，对样本进行测序，获取微生物群落的基因信息。然后利用多种软件对测序数据进行处理，像用 Trimmomatic v0.39 进行质量修剪，去除低质量序列；用 Spades v3.15.3 进行基因组组装；用 metaWRAP v1.2.1 等软件进行基因组分箱、优化和质量评估。还通过构建系统发育树来分析 CPR 细菌的分类和进化关系，以及利用共现网络分析和 iRep 计算等方法研究 CPR 细菌与其他微生物的相互作用。
研究结果如下：
CPR 细菌在超碱性环境中的普遍存在 ：通过分析 16S rRNA 基因序列，研究人员发现 CPR 细菌在贫营养且高度碱性的渗滤液和沉积物中占微生物群落的 1.93 - 34.8%，这表明它们在这种极端环境中有着重要的地位。从超碱性环境中获得的新型 CPR MAGs ：研究人员成功重建了 12 个中高质量的 CPR 宏基因组组装基因组（MAGs），这些 MAGs 属于新的物种、属甚至科。通过系统发育分析发现，它们与之前在其他碱性环境中发现的 CPR 细菌有亲缘关系，反映出 CPR 细菌对特定环境的偏好。超碱性环境中 CPR MAGs 的代谢能力有限 ：这些 CPR MAGs 在多种代谢途径上存在缺陷，如嘌呤和嘧啶生物合成、三羧酸循环等。但它们含有与活性叶酸合成和循环相关的基因，这暗示着在这个环境中可能存在 CPR 细菌引导的叶酸代谢和交换。基于群落分析推断的潜在叶酸介导的 CPR - 宿主相互作用 ：通过 SparCC 共现网络分析，发现一些 CPR 细菌与其他细菌存在潜在的共营养关系。例如，Nitrospirota bin24 和 CSP1 - 3 bin14 可能是 CPR 细菌的潜在宿主，它们缺乏 folA 基因，而与之共生的 CPR 细菌含有该基因。通过实验验证，CPR 细菌的 folA 基因编码的二氢叶酸还原酶（DHFR）具有酶活性，能够催化活性叶酸的生物合成，这进一步支持了 CPR 细菌与宿主之间可能存在通过叶酸代谢的共生关系。多种 CPR 细菌中普遍存在叶酸辅因子合成 ：对 4581 个 CPR 基因组的分析表明，90.8% 的 CPR 基因组至少含有与活性叶酸辅因子合成相关的三个基因（folA、glyA 和 folD）中的一个，这说明合成活性叶酸辅因子的能力在 CPR 细菌中很常见，强调了它们在微生物群落中的重要性。
研究结论和讨论部分指出，在这个超碱性环境中，CPR 细菌与缺乏 folA 基因的菌株可能存在共生关系，通过跨物种叶酸循环建立互利相互作用。CPR 细菌可能为其宿主提供叶酸等必需辅因子，支持宿主细胞生长，间接促进营养循环，对维持微生物群落的稳定性、功能性和弹性具有重要意义。此外，研究 CPR 细菌的其他酶功能以及它们与宿主的共生关系，对于理解微生物群落的生态功能和生物地球化学过程至关重要。未来，随着技术的不断进步，如 EpicPCR 和高通量培养等技术的应用，有望进一步深入研究 CPR 细菌的奥秘，为生命科学和健康医学领域带来更多的惊喜和突破。
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