鏈霉菌（streptomycetes）是一類有著類似真菌發(fā)育分化過程的革蘭氏陽性細菌，起源于約3.8億年前。鏈霉菌以產生豐富多樣的抗生素而聞名，并且廣泛分布于多種生境，有著重要的生態(tài)功能。隨著對其應用價值和生態(tài)功能的研究和挖掘，大量的鏈霉菌物種被報道。鏈霉菌屬（Streptomyces）目前有效發(fā)表并正確命名的物種近700個，是原核生物中有效物種數(shù)量最多的一個屬。如此高的物種多樣性是如何形成的？驅動微生物多樣性形成的外部因素主要有地理和生態(tài)兩個方面，不同的微生物可能具有不同的模式。已有的研究認為鏈霉菌多樣性格局符合緯度梯度模型，類似動植物，但研究局限于北美地區(qū)同類型的土壤且菌株間的遺傳分化水平已經很高。那么，生態(tài)對鏈霉菌物種形成的作用究竟如何？在全球范圍的地理和生態(tài)尺度上，驅動鏈霉菌物種形成的主要力量到底是什么呢？
針對以上問題，中科院微生物所黃英團隊開展了系統(tǒng)的鏈霉菌生態(tài)進化研究。先后揭示了鏈霉菌種內基因交流的生境障礙（Appl Environ Microbiol, 2015）和鏈霉菌的網狀進化歷程（Mol Phylogenet Evol, 2016），并通過群體基因組學研究證實生境適應促進了微黃白鏈霉菌（Streptomyces albidoflavus）種群結構形成（Appl Environ Microbiol, 2019），呼吁關注生境在鏈霉菌進化中的作用。近日，該團隊在mBio上發(fā)表了對另一鏈霉菌物種的研究結果，進一步解析了鏈霉菌物種形成機制。該研究收集了來自不同生境（土壤、海洋、昆蟲）和不同大洲/大洋的橄欖色鏈霉菌（Streptomyces olivaceus）菌株，發(fā)現(xiàn)盡管這些菌株在表型和基因組層面都高度相似，但仍然形成了明顯的種群結構，可以分為兩個進化譜系，與生境和地理位置都有很好的匹配度。譜系間存在基因交流障礙，但菌株間的基因交流并不受地理距離限制，推測生境障礙是導致譜系分化的主要原因。進一步的比較基因組學發(fā)現(xiàn)，基因組上存在多個與生境顯著相關的譜系特異性基因或基因簇，主要涉及調控、資源利用和次級代謝等功能。最后，生理實驗證實了兩個譜系在不同營養(yǎng)資源（鐵、碳源等）而非溫度條件下的適合度權衡，譜系間的適合度差異與相關功能基因分布高度吻合。研究結果表明，生境適應性過程，而非地理距離或緯度差異，明顯驅動親緣關系密切的鏈霉菌之間出現(xiàn)遺傳分化，使得它們無法跨生境擴散和定植，從而阻礙了它們之間的基因交流，最終導致了新物種的形成。橄欖色鏈霉菌由兩個新近分化的隱蔽種組成。這些結果為鏈霉菌多樣性形成機制和物種概念提供了新見解。
上述研究成果以“Habitat adaptation drives speciation of a Streptomyces species with distinct habitats and disparate geographic origins”為題，發(fā)表在mBio期刊上（DOI: 10.1128/mBio.02781-21）。中科院微生物所微生物資源前期開發(fā)國家重點實驗室博士生王姣為第一作者，黃英研究員為通訊作者，哥斯達黎加大學Pinto-Tomás教授為共同作者之一。該研究得到了國家自然科學基金委和中國大洋礦產資源研究開發(fā)協(xié)會等的項目資助。
原文鏈接：https://doi.org/10.1128/mBio.02781-21
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