摘要：小单孢菌属（Micromonospora）是全球性分布的稀有放线菌类群，因其卓越的次级代谢物合成能力而深受学界关注。该类群已经被报道产生了多种活性天然产物分子，包括大环内酯、环肽、生物碱等。但由于采样困难和分离培养不成功等因素，特殊生境中的小单孢菌天然产物研究
小单孢菌属（Micromonospora）是全球性分布的稀有放线菌类群，因其卓越的次级代谢物合成能力而深受学界关注。该类群已经被报道产生了多种活性天然产物分子，包括大环内酯、环肽、生物碱等。但由于采样困难和分离培养不成功等因素，特殊生境中的小单孢菌天然产物研究工作往往存在着挑战，而如今迈入组学时代，利用多种组学技术开展联合勘探，能够快速靶向分离具有开发潜能的菌株并高效解析其生物合成潜能。
近日，Journal of Systematics and Evolution（JSE）在线发表了中山大学生命科学学院李文均教授/董雷副教授研究团队题为“Multi-omics analyses uncovering the biosynthetic potential of novel Micromonospora species isolated from desert and marine habitats”的研究论文（https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jse.13183）。该研究以沙漠、海洋生境新分离的小单孢菌属菌株为研究对象，通过多相分类鉴定了4个来自沙漠土壤和海洋沉积物样本的新物种，利用基因组学以及代谢组学技术综合解析了这些菌株的生物合成潜能以及代谢物指纹图谱特征，同时揭示了同物种不同菌株间的代谢特征差异，以及培养条件对其代谢特征的影响（图1）。
图1. 特殊生境小单孢菌的基因组-代谢组联合解析揭示其新颖生物合成潜能
研究人员从沙漠和海洋栖息地采集的样本中分离出15株小单孢菌属（Micromonospora）菌株。通过系统的多相分类学方法，鉴定出其中的8株菌代表该属的4个新物种（图2A），其中3个新种（Micromonospora desertarenae, Micromonospora aridisoli, Micromonospora xinjiangensis）的代表菌株分离于沙漠土壤样本，1个新物种（Micromonospora marincola）的代表菌株分离自海洋沉积物样本。基因组分析表明，这些新分离菌株具有较强的萜类和聚酮类化合物的生物合成潜力，且有较强的新颖性（图2B）；同时在其核心基因中发现大量与萜类和聚酮类相关的生物合成基因（图2C）。代谢组学分析进一步显示，它们的代谢物组分中具有高丰度的生物碱和肽类化合物信号。通过将代谢物图谱与系统发育树整合分析，研究人员发现同一物种内不同菌株的代谢特征存在显著分化（图2D），提示在微生物天然产物研究中，应重视“同种不同株”的代谢差异。此外，不同发酵培养条件下的菌株代谢物组成也呈现显著差异（图2E），表明优化培养条件对天然产物合成研究至关重要。本研究构建了一个融合基因组挖掘与代谢组学表征的多组学分析框架，系统解析并评估了特殊生境野生型菌株的生物合成潜力，这一策略也将进一步加速特殊/极端环境微生物资源的深入挖掘与应用提供了有效途径和理论支持。
图2. 特殊生境小单孢的系统发育地位以及多组学解析 A, 基于基因组序列构建的小单孢分离菌株及参比菌株的系统发育树；B, 生物合成基因簇数目及相似度；C, 生物合成基因分布图；D, 代谢组分与系统发育关系关联分析图；E, 不同发酵培养条件的代谢物组分差异分布图。
中山大学生命科学学院博士研究生韩嘉瑞和中国科学院新疆生态与地理研究所李帅副研究员为本文共同第一作者。中山大学生命科学学院李文均教授、董雷副教授为该项工作的共同通讯作者。课题组成员研究生连文慧、徐璐、段丽、冯楚莹、史国源、刘文玲，以及南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）李佳岭副研究员参与了该项研究。该研究得到了国家自然科学基金、第三次新疆综合科学考察项目、西藏自治区重点专项项目的资助。
责编：刘彤
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Journal of Systematics and Evolution
(JSE)是以分类、系统发育和进化为核心内容，以描述和理解生物多样性为服务目标的多学科综合性国际学术期刊，主要发表系统与进化生物学领域的研究成果。JSE是中国科学院期刊分区表生物学大类1区期刊，中国科技期刊国际影响力提升计划项目（2013–2018）和中国科技期刊卓越行动计划项目（2019–2023、2024
–2028）支持期刊。最新JCR影响因子3.4，排名60/265，位于Q1区。获第三届、第四届中国科协优秀科技论文奖。2024年连续第十三年荣获“中国最具国际影响力学术期刊”奖。
来源：微生物组
