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生物固氮将双氮气转化为氨，为海洋生态系统提供新的生物可利用氮，但塑造其在异养细菌中分布格局的进化过程仍未得到解决。Thalassolituus 属隶属于海洋螺菌科（Oceanospirillaceae，海洋螺菌目 Oceanospirillales），最为人所知的是其烃类降解能力，但目前仅在一个培养分离株中证实了固氮能力。我们在包含421个海洋螺菌科基因组的更大数据集中，对74个经质量筛选、归属于 Thalassolituus 的基因组进行了分析，以重建最小 nifHDKENB 基因集的分布及其进化历史。25个基因组编码了完整或近完整的 nif 基因座，并分布于4个具有充分支持度的分支中，这些分支之间交错分布着缺失该通路的基因组。针对拼接的 NifHDK 和 NifHDKENB 蛋白序列比对开展的统计拓扑检验拒绝了物种树拓扑；同时，至少由4种检测方法支持了跨越 nif 基因座的11个重组事件。核心 nifHDK 基因顺序总体上保持保守，但不同分支的辅助基因邻域存在差异；结构型 nifHDK 基因表现出强于生物合成型 nifENB 基因的密码子适应性。分支2同时表现出物种树与基因树的一致性、保守的基因邻域以及相对较高的 nifH 密码子适应性；相比之下，分支1和分支4表现出更大的系统发育不一致性、更多的重组事件以及较弱的密码子适应性。这些结果支持 Thalassolituus 具有网状进化历史：侧向获得将固氮能力引入不同谱系，垂直遗传使其在部分分支中得以保留，而同源重组则持续重塑 nif 基因座。这些过程有助于解释，为何固氮能力在亲缘关系密切的海洋异养细菌之间呈现不均匀分布。
生物固氮将双氮气转化为氨，为海洋生态系统提供新的生物可利用氮，但塑造其在异养细菌中分布的演化过程仍未得到解决。Thalassolituus 属隶属于海洋螺菌科（Oceanospirillaceae，海洋螺菌目 Oceanospirillales），最为人所知的是其烃类降解能力，但目前仅在一个培养分离株中证实了固氮能力。我们在包含421个海洋螺菌科基因组的更大数据集中，对其中74个经质量筛选、归属于 Thalassolituus 的基因组进行了分析，以重建最小 nifHDKENB 基因集的分布及其演化历史。25个基因组编码了完整或近完整的 nif 基因座，并分布于4个支持度较高、与缺失该通路的基因组交错存在的分支中。针对串联的 NifHDK 和 NifHDKENB 蛋白序列比对，统计拓扑检验拒绝了物种树拓扑；同时，至少有4种检测方法支持 nif 基因座中存在11个重组事件。核心 nifHDK 基因排列顺序总体上保持保守，但不同分支间的附属基因邻域存在差异；结构性 nifHDK 基因表现出比生物合成相关 nifENB 基因更强的密码子适应性。分支2同时表现出物种树与基因树的一致性、保守的基因邻域以及相对较高的 nifH 密码子适应性，而分支1和分支4则表现出更大的系统发育不一致性、更多的重组事件以及较弱的密码子适应性。这些结果支持 Thalassolituus 具有网状演化历史：横向获取将固氮能力引入不同谱系，垂直遗传使其在部分分支中得以保留，而同源重组则持续重塑 nif 基因座。这些过程有助于解释为何固氮能力在亲缘关系密切的海洋异养细菌之间呈现不均匀分布。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.28.747955v1?rss=1
🏷️ 水平基因转移 生物固氮 系统发育基因组学 同源重组 海洋异养细菌