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摘要 微生物基因组编码的生物合成潜力远超单个细胞通常表达的水平，但决定这些潜在能力能否实现的环境与细胞调控机制仍知之甚少。生物表面活性剂是一类被认为有助于微生物在寒冷和高盐生境中生存的表面活性代谢物，恰能体现这一认知缺口：研究者常通过基因组推断其合成潜力，或通过化学分析检测其存在，却鲜少在同一生物体中将这种潜力与诱导其产生的特定条件联系起来。本研究结合全基因组测序、非靶向液相色谱–串联质谱（LC–MS/MS）代谢组学和定量表面张力测定，分析了从寒冷、高盐的柴达木盆地（古代火星的陆地类比环境）及环境条件迥异的海洋环境中分离的25株细菌分离株。结果表明，生物表面活性剂的产生并非固定的谱系性状，而是在低温与高盐胁迫共同作用下显现的一种受调控、具有菌株特异性的响应。这一响应可分为三个层级：基因组能力界定可利用的化学空间；通路调控基因的基因组组成与响应能力相关；菌株层面的生理状态决定实际产量。与生物合成基因簇的数量相比，调控基因的组成更能预测不同菌株的表面活性剂产量。低温和高盐会增强其产量，而该性状几乎不呈现系统发育信号；即使是近乎克隆的菌株，其胁迫响应也存在差异。这些发现促使我们重新认识极端环境中的生化适应：关键不仅在于基因组潜力，更在于能否实现这种潜力的条件性激活及相关细胞系统；因此，研究需超越生物合成基因的组成，进一步关注决定其潜力能否表达的细胞因素。
低温盐胁迫下的生物表面活性剂产生是菌株特异性状，与系统发育和生物合成基因含量无关 | bioRxiv
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低温盐胁迫下的生物表面活性剂产生是菌株特异性状，与系统发育和生物合成基因含量无关
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Habib
Ullah
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Zhuang
Han
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Maggie C.Y.
Lau Vetter
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https://doi.org/10.64898/2026.10.19.760052
Habib Ullah
1
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2
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3
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微生物基因组编码的生物合成潜力远超单个细胞通常实际表达的水平，但决定这种潜在能力能否实现的环境因素和细胞调控机制仍未得到充分理解。生物表面活性剂是一类被认为有助于微生物在低温和高盐生境中存活的表面活性代谢物，是这一认知缺口的典型例证：人们通常根据基因组推断其产生能力，或通过化学方法检测其存在，但很少将其与……联系起来。
能够刺激同一生物体产生该物质的特定条件。在本研究中，我们对来自寒冷、高盐的柴达木盆地（古火星的地球类比环境）及具有对比特征的海洋环境中的25株细菌分离株，综合采用全基因组测序、非靶向LC-MS/MS代谢组学分析和定量表面张力测定。研究表明，生物表面活性剂的产生并非固定的谱系性状，而是一种受调控、具有菌株特异性的响应，在低温与高盐胁迫共同作用下显现。该响应分为三个层次：基因组能力界定可产生的化学物质范围；通路调控基因的基因组组成与响应能力相关；菌株层面的生理状态决定实际产量。与生物合成基因簇的数量相比，调控基因的组成更能预测不同菌株的表面活性剂产量。低温和高盐会增强其产生，而其产量与系统发育关系的相关性较弱；即使是近乎克隆的菌株，其胁迫响应也存在差异。这些发现重新界定了极端环境中的生化适应：问题不仅在于基因组潜力，更在于潜力能否表达所依赖的细胞系统。因此，研究不能仅关注生物合成基因的组成，还须考察决定这些潜力能否实现表达的细胞因素。
利益冲突声明
作者声明不存在利益冲突。
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自主拨款（中国科学院深海科学与工程研究所，IDSSE-SJBS-202501）
中国科学院知识创新工程（中国科学院深海科学与工程研究所，Y970011001）
海南省优秀人才团队发展资助（海南省人才发展局，）
E2500001
ANSO（国际科学组织联盟）
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发布于 2026 年 10 月 21 日。
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冷盐胁迫下的生物表面活性剂产生是一种菌株特异性性状，与系统发育和生物合成基因含量无关
Habib Ullah、Zhuang Han、Maggie C.Y. Lau Vetter
bioRxiv
2026.10.19.760052；
doi：https://doi.org/10.64898/2026.10.19.760052
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冷盐胁迫下的生物表面活性剂产生是一种菌株特异性性状，与系统发育和生物合成基因含量无关
Habib Ullah、Zhuang Han、Maggie C.Y. Lau Vetter
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2026.10.19.760052；
doi：https://doi.org/10.64898/2026.10.19.760052
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关键词：生物表面活性剂 · 低温盐胁迫 · 菌株特异性 · 代谢组学 · 基因调控 · 极端环境适应
原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.10.19.760052v1?rss=1