我院李文均教授团队揭示三个细菌新门——应龙菌门、玄冥菌门、共工菌门

生物是地球上数量最多、形式最多样的生命形式，它们几乎遍布地球的每一个角落，在生态系统的物质循环与能量流动中扮演着不可或缺的角色。然而，由于传统分离培养技术的局限性，绝大多数微生物至今仍无法在实验室条件下获得纯培养，它们如同隐匿在生命之树深处的“微生物暗物质”，长期以来不为人知。随着高通量测序技术与宏基因组学方法的迅猛发展，研究人员得以从环境中直接获取大量未培养微生物的基因组信息，不断刷新着我们对微生物生命多样性的认知。

近日，中山大学生命科学学院李文均教授团队在热泉宏基因组研究中取得重要突破，从云南腾冲热泉样品中成功重构了19个高质量宏基因组组装基因组（MAGs），并结合公共数据库中的近缘基因组开展系统发育分析，据此鉴定出三个彼此独立、与现有类群构成姊妹分支的全新细菌门级谱系。团队将其分别命名为应龙菌门（Yinglongibacterota）、玄冥菌门（Xuanmingibacterota）和共工菌门（Gonggongibacterota），名称灵感源自中国传统神话典籍《山海经》中的水神形象（图1）。

图1 应龙菌门（Yinglongibacterota）、玄冥菌门（Xuanmingibacterota）和共工菌门（Gonggongibacterota）的系统发育及环境分布

研究表明，这三个新门的微生物均为兼性厌氧菌，具备多样化的代谢潜能。基因组分析显示，它们能够降解纤维素、葡聚糖、果胶和木聚糖等多种复杂植物多糖，其中共工菌门尤为突出，暗示其在热泉生态系统中可能承担着将复杂植物残体转化为更易被其他微生物利用的小分子底物的重要角色。此外，应龙菌门还编码硒酸盐还原相关基因，显示出环境解毒的潜力（图2）。

图2 三个新门的代谢通路模型

值得注意的是，这三个新门的微生物在进化过程中发生了广泛的基因丢失事件，导致它们无法自主合成血红素和生物素等关键辅因子，呈现出广泛的营养缺陷型特征（图3，图4）。这意味着它们可能依赖周围其他微生物释放的代谢产物来维持生存——这是一种典型的微生物群落“交叉互养”策略。研究团队还发现，样品JZ-2_201907中大部分MAGs的iRep值介于1.25至1.5之间，表明热泉微生物群落正处于活跃的生长状态。在该群落中，Acidobacteriota、Actinomycetota等类群具备完整的生物素和血红素合成通路，能够为应龙菌门和共工菌门提供必要的生长因子。同时，应龙菌门与共工菌门通过降解果胶产生葡萄糖，并进一步发酵生成乙酸，与群落中其他成员形成了紧密的代谢协作网络（图5）。

图3 三个新门中辅酶与氨基酸生物合成通路的分布

图4 关键基因在三个新门中的进化轨迹

图5 热泉样品JZ-2_201907的微生物群落代谢互作模型

该研究通过宏基因组学手段，系统揭示了应龙菌门、玄冥菌门和共工菌门的系统发育地位、代谢潜能与进化历史，为理解热泉生态系统中未培养微生物的生态功能提供了全新视角。研究成果以“Phylogenetic diversity, ecological function, and evolutionary history of three novel phyla Yinglongibacterota, Xuanmingibacterota,and Gonggongibacterota”为题，发表在国际学术期刊《Journal of Systematics and Evolution》上。论文的共同第一作者为中山大学生命科学学院研究生张靖宜、刘漫纯和连政汉，李文均教授、焦建宇副教授与印度国家农业食品生物技术研究所Nimaichand Salam为共同通讯作者。中山大学博士后李蒙蒙、高磊、Maite Ortúzar，中山大学在读博士生欧阳玉婷等共同参与了本研究。该研究得到了国家自然科学基金等项目的资助。