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在墨西哥夸特罗塞内加斯盆地（CCB）独特环境下，盐沼盐杆菌（Halobacterium salinarum）的研究存在局限。研究人员对新分离的 AD88 菌株进行基因组分析，发现其为首个记录的二倍体菌株等独特特征。这拓展了对古菌基因组多样性的理解，意义重大。
在神奇的墨西哥夸特罗塞内加斯盆地（CCB），这里犹如一个天然的极端环境实验室。高盐度、低磷含量以及强烈的辐射等极端条件交织在一起，塑造出独特的生态系统。盐沼盐杆菌（Halobacterium salinarum）作为一种能在高盐环境中顽强生存的嗜盐古菌，一直是研究极端微生物的重要对象。然而，目前仅有少数几种盐沼盐杆菌菌株在实验室中成功培养和鉴定，对于这个物种的了解还远远不够。科学家们迫切地想知道，在 CCB 如此特殊的环境下，盐沼盐杆菌会展现出怎样独特的适应策略和基因组特征呢？为了揭开这些谜团，美国明尼苏达大学、墨西哥国立自治大学等机构的研究人员展开了深入研究。他们从 CCB 的微生物垫中分离出一种新的盐沼盐杆菌菌株 AD88，并对其进行了全面的基因组分析。相关研究成果发表在《BMC Genomics》杂志上，为我们认识古菌在极端环境下的演化和适应机制打开了新的窗口。
研究人员采用了多种关键技术方法来开展这项研究。首先，通过特定的采样和培养条件，从 CCB 的 Archaean Domes 站点采集微生物垫样本，经过多次分离和培养，成功获得 AD88 菌株的纯培养物。接着，运用扫描电子显微镜（SEM）对菌株的细胞形态进行观察。在基因组研究方面，提取菌株的基因组 DNA 后，利用 Illumina MiSeq 技术进行测序，随后通过一系列生物信息学工具，如 FastQC、Trimmomatic、SPAdes、Prokka 等进行基因组的组装和注释。此外，还运用了多种分析方法，包括泛基因组分析、BlastP 比对、系统发育基因组学推断以及倍性分析等，来深入探究 AD88 菌株的基因组特征及其在古菌演化中的地位。
研究结果
- 菌株的分离与表型特征：经过长达五年的广泛培养实验，研究人员成功从 CCB 的微生物垫中分离出盐沼盐杆菌 AD88 菌株。该菌株在琼脂平板上生长出的菌落小而光滑、呈圆形，具有典型的红色。扫描电子显微镜成像显示，其细胞呈多形性杆状，具有鞭毛介导的运动性。
- 较小的质粒尺寸：AD88 菌株的基因组草图组装结果显示，其拥有两个质粒，且质粒尺寸比之前报道的该物种质粒更小。这可能是对 CCB 环境的一种适应。质粒 I 编码了如半胱氨酸脱硫酶（sufS）和辅助转硫酶蛋白（sufE）等关键元素，参与铁硫簇的合成和电子传递链等重要过程；质粒 II 则富含插入序列（IS）和嗜盐菌插入序列（ISH）元件，这些元件影响基因表达和水平基因转移。
- 倍性降低：基因组分析表明，AD88 菌株的基因组为二倍体，这与通常具有高基因组拷贝数的盐沼盐杆菌其他菌株不同。这种倍性的变化可能与该菌株在 CCB 环境中的特定适应策略有关，同时也引发了关于基因组复制与细胞适应性之间平衡的思考。
- 应对磷缺乏的代谢适应：与其他盐沼盐杆菌菌株相比，AD88 在代谢能力上表现出独特之处。它与 H. salinarum 91 - R6 菌株在磷代谢相关基因上具有更多相似性，特别是在编码膦酸盐和磷酸盐转运蛋白以及参与硫脂生物合成的基因方面。此外，AD88 还拥有一套完整的同化硫酸盐还原途径相关基因，这可能是其应对磷缺乏环境的重要策略，通过利用硫代谢来弥补磷的不足。
- 古菌内的进化关系：系统发育基因组学重建显示，AD88 菌株与实验室菌株如 NRC - 1 和 R1 紧密聚集，表明它们具有较近的进化关系，可能是由于相似的环境条件和适应策略导致的。同时，研究也发现 AD88 与其他属的物种在进化上存在明显分歧，这反映了不同谱系对不同生态位的长期适应和特化。
- 泛基因组开放性：对包括 AD88 在内的 13 种盐沼盐杆菌菌株的基因组比较表明，盐沼盐杆菌属具有开放的泛基因组结构。随着更多菌株的发现，新的基因家族不断被纳入，这使得该物种能够通过广泛的基因获取和丢失在高盐环境中生存和适应。研究还鉴定出了核心基因组、软核心基因组、壳基因组和云基因组，这些不同类型的基因组反映了该属内的遗传多样性和物种对特定环境的适应性。
在研究结论和讨论部分，研究人员通过对盐沼盐杆菌 AD88 菌株的研究，揭示了其与其他盐沼盐杆菌菌株显著不同的基因组特征。AD88 的二倍体基因组结构以及较小的新型质粒，为我们理解古菌的基因组演化提供了新的视角。同时，其在磷缺乏环境下依赖硫代谢的适应策略，进一步证实了营养可用性在塑造极端嗜盐菌进化轨迹中的重要作用。系统发育基因组学分析明确了 AD88 在盐沼盐杆菌属中的进化地位，尽管它与一些菌株在进化上较为接近，但核苷酸序列的差异仍显示出其独特性。这些发现不仅凸显了 AD88 作为一个具有独特遗传特征菌株的重要性，也促使我们重新审视对嗜盐古菌基因组动态变化的理解。此外，研究还强调了整合多种组学技术和环境数据的重要性，这将有助于我们更深入地了解古菌的分类和进化轨迹，为未来在极端微生物领域的研究提供了重要的参考和方向。
