北京时间5月(yue)7日晚，华(hua)东师范大学(xue)河口海岸全国重点实(shi)验室研讨员董宏(hong)坡和侯立(li)军团队联合深圳大学(xue)研讨团队在(zai)国际顶级期刊《自然》揭橥最新研讨成果，挑战了此前关于真核生物祖(zu)先起源于阿斯加德古菌海姆达尔纲（Heimdallarchaeia）外部，作为霍德尔目（Hodarchaeales）姐妹的假说。该研讨将真核生物起源位置正确定位为海姆达尔纲的姐妹类群，这(zhe)一发明表明真核细胞的起源时间可能约在(zai)27.2亿年前，早于地球大氧气事件，这(zhe)为理解真核细胞形成机制提供重要的线索(suo)。

在(zai)《自然》揭橥文章。 本文图片来源均为 华(hua)东师范大学(xue)

研讨团队以我国红树林湿(shi)地和河口盐沼(zhao)湿(shi)地为“天(tian)然实(shi)验室”，历时6年采(cai)集沉积(ji)物样本，利(li)用计算生物学(xue)研讨技术，揭示真核生物祖(zu)先可能在(zai)海姆达尔纲（Heimdallarchaeia）古菌分化(hua)之前就已形成。

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华(hua)东师范大学(xue)河口海岸全国重点实(shi)验室2021级海洋生物学(xue)专业博(bo)士生张家伟（左）为论文唯一第一作者(zhe)，指导西席董宏(hong)坡研讨员（右）为论文第一通信作者(zhe)

生命起源之争：定位真核生物祖(zu)先在(zai)古菌外部的分化(hua)节点

近年来，多项系统(tong)发育阐明和基因组功能蛋白研讨揭示真核生物核基因组可能从阿斯加德古菌退化(hua)而来。但跟着阿斯加德古菌多样性的增加，定位真核生物祖(zu)先在(zai)阿斯加德古菌门外部的分化(hua)节点显得(de)尤为重要，因为这(zhe)关乎到真核生物细胞在(zai)地球上首次出现的时间，以及彼时古菌祖(zu)先的生存体式格局。

2023年《自然》揭橥了瑞典科学(xue)家的研讨成果，将真核生物在(zai)系统(tong)发育树上定位到阿斯加德古菌的海姆达尔纲外部，与(yu)霍德尔目（Hodarchaeales）互(hu)为姐妹群系，但该结果因仅利用未受广(guang)泛认可的非核糖(tang)体标志蛋白基因集而备受争议。

为此，华(hua)东师范大学(xue)团队经过整合新组装的223个高质量的阿斯加德古菌基因组和NCBI数据库现存的基因组，构(gou)建了一个包罗411个阿斯加德古菌基因组的数据集。针对最新的数据集，研讨团队重新选取多套标志蛋白，结合系统(tong)基因组学(xue)方法，以高置信度将真核生物定位到阿斯加德古菌海姆达尔纲之外，与(yu)海姆达尔纲互(hu)为姐妹。

为利用串联67个标志蛋白构(gou)建的最大似然树，显示真核生物（Eukarya）与(yu)海姆达尔纲互(hu)为姐妹群系。

因何殽杂定位？涅尔德古菌含有“嵌合体”

涅尔德古菌因含有较多的类真核蛋白，被认为属于阿斯加德古菌门，然则系统(tong)发育阐明却发明该古菌目在(zai)古菌中的退化(hua)地位不稳定，当(dang)利用传统(tong)核糖(tang)体标志蛋白时，该古菌进入TACK超(chao)门，与(yu)初古菌互(hu)为姐妹；然则当(dang)利用57个非核糖(tang)体蛋白时，它却进入阿斯加德古菌门。更重要的是，当(dang)到场真核生物基因组构(gou)建发育退化(hua)树时，该古菌位置的变(bian)化(hua)显著影响(xiang)着真核生物的退化(hua)位置。

研讨团队敏锐地意识到涅尔德古菌目是解决真核生物在(zai)古菌中退化(hua)地位的关键所在(zai)。

面临这(zhe)个辣手(shou)的问题，研讨团队打破常(chang)规，采(cai)用逆向思维，找(zhao)到了最关键的解决思路——经太短读长序(xu)列回贴、基因组覆盖(gai)度阐明、序(xu)列堆叠群聚(ju)类和分类谱阐明发明涅尔德古菌基因组同时包罗阿斯加德古菌及其姐妹超(chao)门TACK古菌的序(xu)列身分。例(li)如在(zai)涅尔德古菌基因组中，大约24-60%的堆叠群（Contigs）属于TACK古菌，而仅3-35%的堆叠群属于阿斯加德古菌。

研讨团队推断，当(dang)利用的标志蛋白更多地漫衍(bu)到阿斯加德古菌序(xu)列中，则涅尔德古菌进入阿斯加德古菌门，反(fan)之，则进入TACK古菌超(chao)门。涅尔德古菌含有的嵌合体可能是导致(zhi)后人将真核生物定位到阿斯加德古菌海姆达尔纲外部的可能原因。

序(xu)列堆叠群（contigs）分类和基因组覆盖(gai)度阐明显示涅尔德古菌含有嵌合体

探寻共同祖(zu)先，复原生命起源场景

团队在(zai)阐(chan)明真核生物在(zai)阿斯加德古菌中切实位置之后，经太过子定年与(yu)祖(zu)先代谢重构(gou)，推断出阿斯加德古菌与(yu)真核生物的最后共同祖(zu)先（LAECA）约出现于27.2亿年前（早于大氧化(hua)事件），可能是一个利用氢气作为电子供体的厌(yan)氧产乙酸(suan)古菌。该祖(zu)先具有完整的古菌型伍德-隆达尔途径（Wood-Ljungdahl），为其进行(xing)依赖氢气进行(xing)化(hua)能自养(yang)发展提供了可能。

此外，该祖(zu)先基因组中也编码不完整的有氧呼吸链中的末(mo)端氧化(hua)酶，可能是经过水平(ping)基因转移从兼性好氧的共生菌中猎取，并参与(yu)低氧条件下的解毒功能。更重要的是，LAECA包罗多种对氧气非常(chang)敏感的参与(yu)细胞关键代谢途径的酶，因此，它们最后可能是在(zai)太古宙缺氧的深海环境中进行(xing)厌(yan)氧发展。

结合上述多方面证据，该研讨支持了真核生物的氢起源假说，即(ji)真核生物起源于一个依赖氢气的古菌宿主与(yu)一个产氢细菌的融合。

关键阿斯加德古菌祖(zu)先的代谢功能重修

六年磨一剑，在(zai)泥潭中寻找(zhao)生命起源密码

古菌在(zai)平凡环境中丰(feng)度低、漫衍(bu)不均匀，寻找(zhao)新的古菌类群难度极(ji)大。研讨团队在(zai)我国红树林自然保护区(qu)以及河口盐沼(zhao)湿(shi)地开展了大批宏(hong)基因组测序(xu)工作，成功组装出众(zhong)多新型古菌类群。这(zhe)次研讨工作是在(zai)积(ji)累了6年的阿斯加德古菌基因组上完成的。为猎取关键样本，团队曾(ceng)深夜冒险进入红树林，在(zai)蚊虫围攻和泥泞中艰难采(cai)样。

科研团队在(zai)我国红树林湿(shi)地采(cai)集沉积(ji)物

董宏(hong)坡研讨员于2018岁尾(di)进入华(hua)东师范大学(xue)河口海岸全国重点实(shi)验室，开展滨(bin)海湿(shi)地古菌生物多样性及其环境适应机制研讨。董宏(hong)坡透露表现，由于退化(hua)树的树型需要最大似然法（ML）和贝叶斯推断法相互(hu)验证，而贝叶斯推断法要耗费大批的计算资本，河口海岸全国重点实(shi)验室的大型集群发挥(hui)了重要作用，为研讨疾速推进提供了强大的硬件支持。

“认识真核细胞的形成机制对理解生命演化(hua)纪律、生物多样性、疾(ji)病机制乃至地外生命探索(suo)均具有深远影响(xiang)。”研讨团队透露表现，下一步是等候从滨(bin)海湿(shi)地资本库中寻找(zhao)更多海姆达尔纲古菌基因组以及富集纯化(hua)出这(zhe)类古菌，开展其生态功能、心理代谢特性(zheng)等相关研讨。

华(hua)东师范大学(xue)河口海岸全国重点实(shi)验室2021级海洋生物学(xue)专业博(bo)士生张家伟为论文唯一第一作者(zhe)，指导西席董宏(hong)坡研讨员为论文第一通信作者(zhe)。华(hua)东师范大学(xue)侯立(li)军研讨员为共同通信作者(zhe)。华(hua)东师范大学(xue)刘敏教授和深圳大学(xue)李猛教授团队成员为论文的共同作者(zhe)。华(hua)东师范大学(xue)河口海岸全国重点实(shi)验室为论文第一完成单位。该研讨遭到了国家重点研发计划、国家自然科学(xue)基金等项目支持。

发布(bu)于：上海市