微生物构成了地球上最为丰富多样的生命形态之一，估计地球各生物圈中共有约1011至1012种微生物存在。长期以来，人们对微生物的理解主要依赖于通过平板分离法获得的纯培养物。然而，尽管经过上百年的努力，已知可培养的微生物种类仍只占总数的一小部分。近年来，随着高通量测序技术的发展，借助宏基因组学和单细胞基因组学方法，并结合生物信息学工具，科学家们在自然环境中识别出了大量未曾培养过的微生物，其中许多构成了生命树上的全新分支。CSP1-3就是一个尚未获得纯培养物且研究较少的群体。
在此项研究中，研究者从温泉原始样本的宏基因组数据中重建了CSP1-3群体的基因组，整合NCBI数据库内的相关资料后，选择了112个基因组进行深入分析，这些基因组的完整性超过80%，污染率低于5%。系统发生分析揭示，这112个基因组代表的菌株归属于同一门下，可以细分为5个科、11个属以及25个种（图1）。这些菌株广泛存在于全球各地，特别适应于土壤和温泉等生境（图1）。基因组分析显示，这些菌株是兼性厌氧微生物，能够通过还原性甘氨酸途径、卡尔文循环和伍德-永达尔路径进行碳固定以实现自养生长，其能量来源主要是氢化酶活性及硫化物氧化作用（图2）。通过在厌氧条件下使用自养培养基对CSP1-3群体进行富集，并运用荧光原位杂交实验和扩增子测序验证，结果显示CSP1-3群体不仅被有效富集，其相对丰度也显著提升。
此外，宏转录组学和稳定同位素核酸探针技术的应用进一步确认了CSP1-3群体的化学自养能力（图3）。进化分析指出，CSP1-3群体的祖先能够通过还原性甘氨酸途径自养生长并生成乙酸，这一特性在其后代间以垂直方式遗传；而卡尔文循环、伍德-永达尔路径和反硝化功能则是通过水平基因转移获得的（图4）。因此，研究团队正式命名这一新的门级分类单元为中大微菌门（Sysuimicrobiota phy. nov.）。这项研究利用多种组学技术与富集培养方法，全面探讨了中大微菌门的多样性、地理分布、生态功能及其演化历史，深化了对未培养细菌的认识，丰富了关于极端环境下微生物生态过程的理解，同时也为开发新的极端环境微生物资源提供了潜在的方法论。
中山大学生命科学学院李文均教授领导的研究团队，在探索未知科学领域的旅途中取得了又一重要成就。他们为这个新发现的细菌门类取名为“中大微菌门”，以此作为中山大学百年校庆的一份独特而珍贵的礼物，表达了对学校深深的敬意和美好的祝愿。
图1 中大微菌门（Sysuimicrobiota）的系统发育（a）及生境分布（b）
图2 中大微菌门（Sysuimicrobiota）的代谢通路
图3 富集培养（a），转录组（b）及DNA-SIP（c）实验结果证实了中大微菌门（Sysuimicrobiota）的化能自养能力
图4 中大微菌门（Sysuimicrobiota）的进化历史
该成果以题为“Insights into chemoautotrophic traits of a prevalent bacterial phylum CSP1-3, herein Sysuimicrobiota”的论文发表在《National Science Review》学术期刊上。中山大学博士后刘兰为本论文的第一作者，李文均教授和焦建宇副研究员为共同通讯作者。我院连政汉、吕爱萍、李蒙蒙、谭莎、罗振豪、袁洋、明语真、欧阳玉婷、刘泽涛、胡超建、陈瑛，印度国家农业食品生物技术研究所Nimaichand Salam，天津大学张坚超副研究员，广东省科学院生态环境与土壤研究所孙蔚旻研究员，中国科学院新疆生态与地理研究所高磊博士，中国科学技术大学花正双教授、李昱娴博士后，华南师范大学束文圣教授及内华达大学拉斯维加斯分校Brian P. Hedlund教授为本文的共同作者。该研究得到了国家自然科学基金和国家科技基础资源调查计划等项目的资助。
