近日，南京农业大学生命科学学院蒋建东教授王保战教授团队联合资源与环境科学学院高彦征教授团队，在国际顶级期刊《Advanced Science》发表了题为“Unveiling Global Diversity of Patescibacteriota and Functional Interactions with Host Microbes”的研究性论文。该研究建立了基于核糖体蛋白S3（rpS3）的系统发育分析新框架，绘制了超微细菌Patescibacteriota的全球分布图谱，并揭示了Patescibacteriota通过协同代谢增强宿主环境适应性并参与全球生物地球化学循环的生态学新机制。

图1 Advanced Science在线发表的Patescibacteriota全球多样性及其与宿主的功能互作的研究性论文

Patescibacteriota（亦称候选门级辐射类群，CPR）是一类细胞极小、基因组严重缩减且缺乏独立生物合成能力的特殊细菌类群，通常以附生（epibiotic）方式依赖宿主生存，是“微生物暗物质”的重要组成部分。由于其16S rRNA基因存在大量特殊的插入序列，并且难以被传统通用引物有效扩增，导致传统扩增子测序技术严重低估了其多样性，学界对其全球分布格局及与宿主的功能互作机制知之甚少。研究团队利用核糖体蛋白S3（rpS3）作为稳健的系统发育标记，克服了传统方法的局限。通过整合全球尺度多生境的13.9 Tb宏基因组数据及4645个基因组（MAGs），系统评估了Patescibacteriota的全球多样性。结果显示，Patescibacteriota是仅次于变形菌门和放线菌门的全球第三大细菌门类，其群落结构具有显著的生境特异性，特别是在地下水和污水处理厂环境中表现出极高的丰度和多样性。进一步，通过共现网络分析与基因组代谢潜能挖掘，研究团队揭示了Patescibacteriota与宿主细菌之间存在特定的“代谢互补”机制，可能通过代谢级联效应介导功能协同。具体而言，在高亚硝环境中，编码亚硝酸盐还原酶（NirK）的Patescibacteriota倾向于与硫酸盐还原菌（Desulfobacterota）共存，通过协助宿主将亚硝酸盐还原为一氧化氮（并泵出细胞），从而缓解亚硝酸盐对硫酸盐还原过程的抑制；而在硝化作用活跃的系统中，编码一氧化氮还原酶（NorB）的Patescibacteriota则主要与全程氨氧化菌（Nitrospira中的一个独特类群）互作，通过消除代谢副产物NO的毒性，维持宿主的代谢活性。

图2 Patescibacteriota全球多样性分布及其与宿主微生物的代谢互作模型

本研究提出，尽管Patescibacteriota基因组极度缩减，但其保留的关键代谢功能（如NirK和NorB）可作为“生态货币”，帮助宿主应对环境胁迫，从而在复杂的微生物群落中建立稳固的共生关系。这一“代谢互补驱动的互利共生”模型，不仅刷新了对微生物“暗物质”生态重要性的认知，也为理解微生物群落如何通过协同进化适应全球环境变化提供了新视角。

南京农业大学生命科学学院博士生纪彦晗、柳旭博士和中国科学院新疆生态与地理研究所赵帅副研究员为论文共同第一作者。南京农业大学王保战教授、蒋建东教授和高彦征教授为论文共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202509416

编辑：柳旭

校对：李娜

审核：陈熙