极地中心在微生物新种发现及基因组数据挖掘方面取得阶段性成果

      南、北两极地区，因其远离人类社会、长期地理隔绝以及自然环境特殊（如低温、干燥、寡营养、强紫外辐射等极端条件）等原因，保持着原始、洁净且独特的生态系统。在这些生态系统中，蕴育着丰富、多样且新颖的微生物菌种资源。它们不但在极地生态系统的物质循环与能量流动过程中发挥重要作用，同时也是生物遗传、物种及生理类群多样性的资源宝库，同样在生物制药、化妆品研制、工业酶类开发、极端环境保护及修复等领域具有潜在且广阔的应用前景。 

      近日，极地环境监测中心极地生物基因资源库团队在国际微生物分类学权威期刊《International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology》上发表本年度第2篇新种文章“Pseudomonas huanghezhanensis sp. nov. and Pseudomonas fjordensis sp. nov., two novel species isolated from seawater of Arctic Kongsfjorden in the Ny-Ålesund area, Svalbard”，从而使得该团队2024年在该期刊上发表的假单胞菌新种数量达到4个。两篇新种文章的第一作者均为硕士研究生葛慧妍，通讯作者为曾胤新研究员。相关工作得到国家重点研发计划子课题（资助编号2022YFC2807501）支持。

      该团队对分离自南极长城站潮间带沉积物及北极新奥尔松地区土壤及海水样品中的假单胞菌进行了多相分类学研究（图1，图2），最终鉴定、命名了4个细菌新种，并获得国际承认。它们分别为：半岛假单胞菌（Pseudomonas paeninsulae）、斯瓦尔巴德假单胞菌（Pseudomonas svalbardensis）、黄河站假单胞菌（Pseudomonas huanghezhanensis）、以及峡湾假单胞菌（Pseudomonas fjordensis）。对这些耐冷细菌的基因组分析表明，它们不但在当地生态系统的氮、硫循环中具有重要作用，而且在低温环境污染物降解（如烷烃降解、含氮废水处理等）以及生物活性次级代谢产物（如依克多因、环状脂肽等）合成方面具有潜力。

图1. 极地假单胞菌新种Pseudomonas paeninsulae IT1137 (a)、Pseudomonas svalbardensis S025 (b)、Pseudomonas huanghezhanensis BSw22131 (c)及Pseudomonas fjordensis DMSP-1 (d)的透射电子显微镜照片（相片b由李会荣研究员提供）

图2. 极地假单胞菌新种Pseudomonas paeninsulae IT1137 (a)、Pseudomonas svalbardensis S025 (a)、Pseudomonas huanghezhanensis BSw22131 (b)及Pseudomonas fjordensis DMSP-1 (b)基于全基因组的系统发育关系树图

      此外，该团队对分离自南极菲尔德斯半岛的土壤链霉菌（Streptomyces）21So2-11的基因组数据分析表明，该菌不但是潜在的放线菌新种（图3），其基因组还含有大量与萜类化合物、羊毛硫肽化合物、聚酮类、核糖体肽、非核糖体肽、铁载体等次级代谢产物有关的已知或新颖的生物合成基因簇（BGC），显示出该菌在生物活性次级代谢物合成方面的应用潜力。通过与公共核苷酸数据库中极地来源链霉菌的BGC比较分析，发现极地来源的链霉菌是获取具有生物活性的新型次级代谢物的潜在重要来源（图4）。相关成果以“A genomics-based discovery of secondary metabolite biosynthetic gene clusters in the potential novel strain Streptomyces sp. 21So2-11 isolated from Antarctic soil”为标题发表在微生物领域国际期刊《Microorganisms》（JCR 2区，中科院2区）上。第一作者为杜宇工程师，通讯作者为曾胤新研究员。相关工作得到国家重点研发计划子课题（资助编号2022YFC2807501）支持。

图3. 基于16S rRNA基因的南极土壤链霉菌21So2-11与同属亲缘模式菌株的系统发育关系树图

图4. 南极土壤链霉菌21So2-11中预测到的BGC与公共数据库中极地来源链霉菌BGC序列进行相似性比较的网络图

      该团队取得的相关阶段性结果，不但有助于增进我国极地微生物新种资源的储备量，同时也有助于进一步推动我们对于极地微生物在生物工程应用方面的认知。

相关论文成果：

Ge HY, Zhang YH, Hu YQ, Li HR, Han W, Du Y, Hu T, Luo W, Zeng YX* (2024) Pseudomonas paeninsulae sp. nov. and Pseudomonas svalbardensis sp. nov., isolated from Antarctic intertidal sediment and Arctic soil, respectively. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 74(7): 006466. doi:10.1099/ijsem.0.006466.

Ge HY, Hu YQ, Zeng YX*, Wang ZQ, Han W, Hu T, Du Y (2024) Pseudomonas huanghezhanensis sp. nov. and Pseudomonas fjordensis sp. nov., two novel species isolated from seawater of Arctic Kongsfjorden in the Ny-Ålesund area, Svalbard. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 74(11): doi: 10.1099/ijsem.0.006584.

Du Y, Han W, Hao P, Hu Y, Hu T, Zeng Y* (2024) A genomics-based discovery of secondary metabolite biosynthetic gene clusters in the potential novel strain Streptomyces sp. 21So2-11 isolated from Antarctic soil. Microorganisms, 12(6): 1228. doi:10.3390/microorganisms12061228.

Ge HY, Zhang YH, Hu YQ, Han W, Du Y, Hu T, Zeng YX* (2024) Complete genome sequence of a novel Pseudomonas sp. IT1137 isolated from Antarctic intertidal sediment showing potential for alkane degradation at low temperatures. Marine Genomics, 76: 101122. doi:10.1016/j.margen.2024.101122.

来源：中国极地研究中心（中国极地研究所）