鏈黴菌（streptomycetes）是一類有著類似真菌發育分化過程的革蘭氏陽性細菌，起源於約3.8億年前。鏈黴菌以產生豐富多樣的抗生素而聞名，並且廣泛分佈於多種生境，有著重要的生態功能。隨著對其應用價值和生態功能的研究和挖掘，大量的鏈黴菌物種被報導。鏈黴菌屬（Streptomyces）現時有效發表並正確命名的物種近700個，是原核生物中有效物種數量最多的一個屬。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。已有的研究認為鏈黴菌多樣性格局符合緯度梯度模型，類似動植物，但研究局限於北美地區同類型的土壤且菌株間的遺傳分化水准已經很高。那麼，生態對鏈黴菌物種形成的作用究竟如何？在全球範圍的地理和生態尺度上，驅動鏈黴菌物種形成的主要力量到底是什麼呢？
針對以上問題，中科院微生物所黃英團隊開展了系統的鏈黴菌生態進化研究。先後揭示了鏈黴菌種內基因交流的生境障礙（Appl Environ Microbiol，2015）和鏈黴菌的網狀進化歷程（Mol Phylogenet Evol，2016），並通過群體基因組學研究證實生境適應促進了微黃白鏈黴菌（Streptomyces albidoflavus）種群結構形成（Appl Environ Microbiol，2019），呼籲關注生境在鏈黴菌進化中的作用。近日，該團隊在mBio上發表了對另一鏈黴菌物種的研究結果，進一步解析了鏈黴菌物種形成機制。該研究收集了來自不同生境（土壤、海洋、昆蟲）和不同大洲/大洋的橄欖色鏈黴菌（Streptomyces olivaceus）菌株，發現儘管這些菌株在錶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並不受地理距離限制，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現，基因組上存在多個與生境顯著相關的譜系特异性基因或基因簇，主要涉及調控、資源利用和次級代謝等功能。最後，生理實驗證實了兩個譜系在不同營養資源（鐵、碳源等）而非溫度條件下的適合度權衡，譜系間的適合度差异與相關功能基因分佈高度吻合。研究結果表明，生境適應性過程，而非地理距離或緯度差异，明顯驅動親緣關係密切的鏈黴菌之間出現遺傳分化，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。橄欖色鏈黴菌由兩個新近分化的隱蔽種組成。這些結果為鏈黴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 aStreptomycesspecies with distinct habitats and disparate geographic origins”為題，發表在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，哥斯大黎加大學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協會等的專案資助。
原文連結：https://doi.org/10.1128/mBio.02781-21