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古菌染色体外元件（extra-chromosomal elements，ECEs）在古菌宿主的生物学特性与进化中发挥着关键作用，然而人们对其多样性及其相互作用仍知之甚少。在此，我们报道了42个完整基因组，大小为66–165 kbp，包括23个“Klingons”、8个“Romulans”和“类Romulan元件”（Romulan-like elements），以及11个“Ferengi”基因组；它们代表了来自多种陆地环境的三类新的古菌ECE家族。甲基化模式、系统发育分析及基因共享分析表明，Klingons和Romulans与候选甲烷过氧化菌属（Candidatus Methanoperedens）相关，而Ferengi很可能寄宿于候选Bathyarcheaota门（Candidatus Bathyarchaeaota）。与已知的古菌病毒和质粒类似，这些ECE均具有环状基因组并进行双向复制；这不同于同样在Methanoperedens中复制的线性Borg和mini-Borg ECE。新发现的ECE基因组均编码参与甲基化、糖基化和蛋白质降解的基因，以及新型TnpB样酶；后者可能与新型CRISPR样阵列相互作用。所有基因组还编码了与古菌病毒衣壳蛋白具有高度结构相似性的蛋白质，其中一些蛋白质预计可多聚化形成五聚体或六聚体亚基的类衣壳阵列，因而可能能够将自身封装。三个新的ECE家族彼此之间以及与Borg和mini-Borg之间共享基因，这些共享基因往往集中分布于特定的基因组区域。单基因系统发育与基因组系统发育之间的不一致表明，这五类不同ECE之间表面上的亲缘关系源于广泛的水平基因转移，而非源自共同祖先的进化。三类新的ECE家族拓展了我们对古菌ECE多样性的认识，并突出了水平基因转移在调节古菌及其ECE基因库中的作用。
古菌染色体外元件（extra-chromosomal elements，ECEs）在古菌宿主的生物学特征与进化中发挥着关键作用，然而，人们对其多样性及彼此间的相互作用知之甚少。在此，我们报道了42个完整基因组，大小为66–165 kbp，包括23个“克林贡”（Klingons）、8个“罗慕伦”及“类罗慕伦元件”（Romulans and Romulan-like elements），以及11个“费伦吉”（Ferengi）；它们代表了来自多种陆地环境的三类新型古菌染色体外元件。甲基化模式、系统发育学和基因共享分析表明，克林贡和罗慕伦与Candidatus Methanoperedens相关，而费伦吉很可能寄生于Candidatus Bathyarchaeaota。与已知的古菌病毒和质粒类似，这些染色体外元件均具有环状基因组并进行双向复制；这不同于同样可在Methanoperedens中复制的线性Borg和mini-Borg染色体外元件。所有新发现的染色体外元件基因组均编码参与甲基化、糖基化和蛋白质降解的基因，以及新型TnpB样酶；后者可能与新型类CRISPR阵列相互作用。所有基因组还编码了与古菌病毒衣壳蛋白具有高度结构相似性的蛋白质，其中一些蛋白质预计可多聚化形成五聚体或六聚体亚基的类衣壳阵列，因而可能能够将自身封装起来。这三个新型染色体外元件家族彼此之间，以及与Borg和mini-Borg之间均共享部分基因内容，且这些共享基因常集中分布于特定的基因组区域。单基因系统发育与基因组系统发育之间的不一致表明，这五种不同类型染色体外元件之间表观上的亲缘关系源于广泛的水平基因转移，而非源自共同祖先的演化。这三个新型染色体外元件家族拓展了我们对古菌染色体外元件多样性的认识，并凸显了水平基因转移在调节古菌及古菌染色体外元件基因库中的作用。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.02.756104v1?rss=1
🏷️ 古菌染色体外元件 水平基因转移 古菌病毒与质粒 基因组系统发育 TnpB样酶