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(xì)菌，起源于約3.8億年前。鏈霉菌以產(chǎn)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(duì)其應(yīng)用價(jià)值和生態(tài)功能的研究和挖掘，大量的鏈霉菌物種被報(bào)道。鏈霉菌屬（Streptomyces）目前有效發(fā)表并正確命名的物種近700個(gè)，是原核生物中有效物種數(shù)量最多的一個(gè)屬。如此高的物種多樣性是如何形成的？驅(qū)動(dòng)微生物多樣性形成的外部因素主要有地理和生態(tài)兩個(gè)方面，不同的微生物可能具有不同的模式。已有的研究認(rèn)為鏈霉菌多樣性格局符合緯度梯度模型，類似動(dòng)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(jīng)很高。那么，生態(tài)對(duì)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(qū)動(dòng)鏈霉菌物種形成的主要力量到底是什么呢？

 

　　針對(duì)以上問題，中科院微生物所黃英團(tuán)隊(duì)開展了系統(tǒng)的鏈霉菌生態(tài)進(jìn)化研究。先后揭示了鏈霉菌種內(nèi)基因交流的生境障礙（Appl Environ Microbiol, 2015）和鏈霉菌的網(wǎng)狀進(jìn)化歷程（Mol Phylogenet Evol, 2016），并通過群體基因組學(xué)研究證實(shí)生境適應(yīng)促進(jìn)了微黃白鏈霉菌（Streptomyces albidoflavus）種群結(jié)構(gòu)形成（Appl Environ Microbiol, 2019），呼吁關(guān)注生境在鏈霉菌進(jìn)化中的作用。近日，該團(tuán)隊(duì)在mBio上發(fā)表了對(duì)另一鏈霉菌物種的研究結(jié)果，進(jìn)一步解析了鏈霉菌物種形成機(jī)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(jié)構(gòu)，可以分為兩個(gè)進(jìn)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(dǎo)致譜系分化的主要原因。進(jìn)一步的比較基因組學(xué)發(fā)現(xiàn)，基因組上存在多個(gè)與生境顯著相關(guān)的譜系特異性基因或基因簇，主要涉及調(diào)控、資源利用和次級(jí)代謝等功能。最后，生理實(shí)驗(yàn)證實(shí)了兩個(gè)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(quán)衡，譜系間的適合度差異與相關(guān)功能基因分布高度吻合。研究結(jié)果表明，生境適應(yīng)性過程，而非地理距離或緯度差異，明顯驅(qū)動(dòng)親緣關(guān)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(kuò)散和定植，從而阻礙了它們之間的基因交流，最終導(dǎo)致了新物種的形成。橄欖色鏈霉菌由兩個(gè)新近分化的隱蔽種組成。這些結(jié)果為鏈霉菌多樣性形成機(jī)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生王姣為第一作者，黃英研究員為通訊作者，哥斯達(dá)黎加大學(xué)Pinto-Tomás教授為共同作者之一。該研究得到了國家自然科學(xué)基金委和中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會(huì)等的項(xiàng)目資助。

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1128/mBio.02781-21