2021年4月28日，深圳大學高等研究院李猛教授課題組在《自然》發表了題為“阿斯加德古菌的多樣性及其與真核生物的關係”的研究長文（Article）。該項研究從我國的濱海濕地和近海沉積物到西太平洋深淵等樣品中發現六個阿斯加德古菌新門並建立首個阿斯加德古菌功能基因庫（AsCOG），研究還深入分析阿斯加德古菌的基因組和代謝潜能，重構了由原核生物（細菌、古菌）和真核生物組成的生命之樹，從系統發育進化關係、真核特徵蛋白功能演化及生理代謝的互作等方面詳細闡釋了阿斯加德古菌與真核生物的關係，為認識真核生物起源這一未解的生命科學之謎提供了新見解。
該項研究由深圳大學、美國國立衛生研究院、自然資源部第三海洋研究所和農業部沼氣科學研究所等組織合作完成。深圳大學高等研究院李猛教授和美國國立衛生研究院Eugene Koonin教授為論文共同通訊作者，劉楊副研究員（深圳大學）、Kira Makarova博士（美國國立衛生研究院）和黃文聰碩士研究生（深圳大學）為共同第一作者。
阿斯加德（Asgard）古菌，又名仙宮古菌，是最近確立的第四個古菌超門。基於基因組數據的系統發育分析，有學者提出真核生物可能起源於阿斯加德古菌。2019，日本學者首次高度富集了一類阿斯加德古菌—洛基古菌，證實其攜帶編碼類似真核細胞結構與代謝功能的一系列基因。Science雜誌將阿斯加德古菌和真核生物起源的研究列為2019年的十大科學進展之一。囙此，探討阿斯加德古菌與真核生物起源已成為當前國際生命科學研究的前沿熱點。
最初的五個阿斯加德古菌門類均以北歐神話中的神命名，包括洛基古菌、索爾古菌、奧丁古菌、海姆達爾古菌和海拉古菌等。李猛教授課題組於2020年初在我國紅樹林濕地沉積物中率先發現了第六個阿斯加德古菌門，將其命名為葛德古菌（Gerdarchaeota，女巨人）。在此基礎上，李猛教授課題組與Eugene Koonin教授課題組等開展深入合作，對現有基因組和不同環境樣品的宏基因組進行綜合分析，獲得了162個高品質的阿斯加德古菌基因組，其中75個屬於尚未報導的新基因組，從中發現了6個尚未被報導的阿斯加德古菌新門，其中5個門類分別以北歐神話的神命名為赫爾莫德古菌（Hermodarchaeota，赫爾莫德：神使）、巴德爾古菌（Baldrarchaeota，巴德爾：光明之神）、霍德爾古菌（Hodarchaeota，霍德爾：黑暗之神）、包爾古菌（Borrarchaeota，包爾：奧丁的父親）和卡瑞古菌（Kariarchaeota，卡瑞：風之神），還有一個更為古老的阿斯加德古菌新分支則以中國古典名著《西遊記》中大鬧天宮的齊天大聖“孫悟空”的名字命名為悟空古菌（Wukongarchaeota），以彰顯我國文化自信。分析表明，悟空古菌具備氫氧化的化能自養代謝潜能，顯著區別於其他阿斯加德古菌混合營養或異養的代謝模式，這也是將其命名為中國神話人物的原因。
圖一：阿斯加德古菌超門的系統發育分析（圖中紅色為我們新命名的7個門類），右圖為卡通人物形象。
這項研究還排除了物種和保守標記基因的選擇方面對系統發育分析結果穩健性的影響，構建了一個具有高物種覆蓋度的生命之樹，系統地分析了阿斯加德古菌和真核生物之間的進化關係。結果顯示，真核生物起源於阿斯加德古菌內部，即海姆達爾-悟空的共同祖先分支，或起源於其他更古老的未知古菌分支（圖二）。
圖二：阿斯加德古菌和真核生物的系統發育關係
該研究建立首個阿斯加德古菌功能基因庫（asCOG），發現大量的新型的真核特徵蛋白，主要涉及胞內物質分泌和運輸、囊泡運輸、蛋白質的翻譯後的修飾、更新和伴侶折疊等過程。研究還發現這些真核特徵蛋白在12個阿斯加德古菌門中的分佈較為零散，並且具有多樣的蛋白結構域，暗示阿斯加德古菌具有顯著的動態進化歷史過程。此外，研究還重構了阿斯加德古菌關鍵代謝途徑的演化過程，提出了真核生物可能起源於“自養型阿斯加德古菌與發酵型細菌”的代謝共生模式，為解答真核生物起源這一重大科學問題提供了新的見解（圖三）。
圖三：阿斯加德古菌關鍵代謝過程的重構與演化
本研究受到國家自然科學基金委、廣東省教育廳創新團隊和深圳市科創委等項目的資助。
文章連結：
https://www.nature.com/articles/s41586-021-03494-3；
文章背後的故事見：
https://natureecoevocommunity.nature.com/posts/exploring-asgard-archaea-and-their-relationships-with-eukaryotes。
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