中国土壤链霉菌生物多样性的多维解析：一项揭示新物种与代谢潜能的先驱研究

《Microbiology Spectrum 3.7》：Multidimensional insights into the biodiversity of Streptomyces in soils of China: a pilot study

本文通过整合低成本扩增子(ASVs)和全基因组测序技术，首次对中国14省份19个土壤样本中的链霉菌(Streptomyces)进行了多维度的生物多样性研究。研究成功分离136株菌株（含26个潜在新种），揭示其种群结构受同源重组驱动，并发现大量次级代谢产物基因簇(SM-BGCs)，包括罕见类型如磷酸甘油脂和hserlactone。该研究为理解土壤微生物生态功能及药物开发提供了新的技术框架和资源库。

　　多维视角下的中国土壤链霉菌生物多样性探索

样本采集与研究方法
研究团队从中国14个省份的19个土壤样本中（覆盖南北/东西跨度超2000公里），采用改良2216E培养基分离出136株链霉菌。通过自主研发的低成本OSPALC扩增子测序技术（成本降低93%）和微型化全基因组建库方案（成本降低83%），结合Illumina NovaSeq平台完成测序分析。样本处理包括65°C热激预处理、萘啶酸筛选，并通过16S rRNA基因Sanger测序（引物8F/1492R）进行菌株验证。

微生物组结构与物种发现
扩增子分析显示放线菌门(Actinobacteriota)在土壤微生物中占比最高（47.94%），但链霉菌属仅占0.29%的ASVs，且仅存在于5个样本中。值得注意的是，CYX02C样本显示出1.06%的最高相对丰度。通过全基因组分析，136株分离菌被划分为44个物种，其中26个可能为新种（与已知物种ANI<95%）。基因组特征呈现显著变异：大小6.68-10.82 Mbp，GC含量69.48-73.65%，基因数5,863-9,710，BUSCO完整性评分达91.3-100%。

遗传多样性驱动机制
基于166,959 bp单拷贝核心基因构建的最大似然树(ML tree)显示9个单系群。种群遗传参数揭示：SC2群体遗传多样性最高（π=0.1483，π_s=0.3051），而SC1/SC3群体因单一采样点限制呈现低多样性（Tajima's D>1）。FastGEAR分析检测到215个核心基因存在同源重组事件，其中功能涉及细胞代谢和遗传信息传递的基因（如DNA解旋酶、ABC转运蛋白）重组频率最高。Phi检验证实除SC1/SC3外，其他群体均存在显著重组信号（P<0.05）。

泛基因组与代谢潜能
24,422个基因构成的泛基因组中，核心基因组仅占7.02-11.63%，而73%为"稀有基因"（存在于≤4个菌株）。antiSMASH预测发现6,318个次级代谢产物，优势类型包括I型聚酮合酶(T1PKS，23.6%)、非核糖体肽合成酶(NRPS，18.4%)和萜类(12.1%)。特别值得注意的是10类罕见代谢产物（如磷酸甘油脂、hserlactone），可能参与细胞信号传导或具有药物开发潜力。

技术突破与研究展望
相比传统方法，本研究通过创新实验方案将测序成本降低5-15倍，为大规模微生物组研究提供可行路径。尽管培养依赖性方法存在局限（4天培养周期可能遗漏难培养菌株），但整合机器学习与功能验证（如HPLC-MS、NMR）将是未来解析链霉菌生态功能与代谢网络的重要方向。该成果不仅丰富了放线菌资源库，更为理解土壤微生物适应性进化及新型抗生素开发奠定了理论基础。