水平基因转移驱动废水处理系统中的DNRA能力

异化硝酸盐还原为铵（DNRA）是关键的生物氮保留途径，但其进化机制仍然知之甚少。在本研究中，我们结合系统发育基因组分析、密码子使用偏倚评估、水平基因转移（HGT）检测以及基因树—物种树协调分析，探究了 nrfA 的进化历史。对 103 个具有 DNRA 能力的分类单元和 45 条经人工整理的 nrfA 序列的分析表明，DNRA 能力呈现多系起源。协调分析识别出 6 个独立的 HGT 事件，确立了 δ-变形菌纲为主要的供体储库。δ-变形菌纲与 ε-变形菌纲之间极端的 GC3 分化以及一致为负的 ΔENC 值表明，存在强烈的谱系特异性翻译选择。我们鉴定出向浮霉菌门和拟杆菌门的跨门 HGT、1 个跨域转移事件（古菌 → δ-变形菌纲），并提供了由 IS 元件介导转移的直接分子证据。为验证这些结果的普适性，我们将分析扩展至 180 条 nrfA 序列，识别出 112 个跨门系统发育簇，进一步支持 HGT 是一种广泛存在的传播方式。这些发现建立了一个将分子进化特征与 DNRA 能力联系起来的预测框架，对于理解氮循环具有重要意义。

异化硝酸盐还原为铵（DNRA）是生物氮保留的关键途径，但其进化机制仍知之甚少。在本研究中，我们结合系统基因组学分析、密码子使用偏倚评估、水平基因转移（HGT）检测以及基因树—物种树协调分析，探究了 nrfA 的进化历史。对 103 个具备 DNRA 能力的分类单元和 45 条经人工整理的 nrfA 序列的分析表明，DNRA 能力经历了多系起源的演化。协调分析鉴定出 6 个独立的 HGT 事件，确立了 δ-变形菌纲为主要的供体库。δ-变形菌纲与 ε-变形菌纲之间显著的 GC3 分化以及一致为负的 ΔENC 值表明，存在强烈的谱系特异性翻译选择。我们识别出向浮霉菌门和拟杆菌门发生的跨门 HGT、1 次跨域转移（古菌 → δ-变形菌纲），并提供了由 IS 元件介导转移的直接分子证据。为验证这些结果的普适性，我们将分析扩展至 180 条 nrfA 序列，识别出 112 个跨门系统发育聚类，进一步支持 HGT 是一种广泛存在的传播机制。这些发现建立了一个将分子进化特征与 DNRA 能力联系起来的预测框架，对于理解氮循环具有重要意义。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.05.735045v1?rss=1

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