近期，日本成人视频 杨志峰院士团队冯景春教授课题组在Nature Communications上发表题为“Diversification in ANME-1 archaea is associated with the presence of highly variable genomic hotspots”的研究论文。冯景春教授为论文通讯作者。

【中文摘要】：

厌氧甲烷氧化古菌（ANME）是海洋冷泉生态系统中控制甲烷排放的关键功能微生物，但由于长期无法实现纯培养，其物种形成和演化机制一直缺乏深入认识。本研究以南海海马冷泉ANME-1为研究对象，结合PacBio长读长测序、Illumina宏基因组测序以及单细胞基因组学技术，构建了目前冷泉环境中规模最大的高质量ANME基因组数据集，共获得130个完整环状基因组（cMAG）和4069个单细胞基因组（SAG）。

研究发现，ANME-1不同菌株之间存在高度可变的基因组热点区域（genomic hotspots），这些区域富集于防御系统、物质运输及甲烷代谢等关键功能基因，并受到显著正向选择。进一步实验验证表明，广泛分布于ANME中的hicAB毒素-抗毒素系统具有调控细胞生长和应对环境胁迫的重要功能，是推动ANME-1基因组分化的重要驱动力。

该研究首次从基因组结构变异、群体遗传学及功能验证三个层面揭示了ANME-1适应冷泉环境和形成菌株多样性的遗传机制，为深入理解深海甲烷循环及极端环境微生物演化提供了新的理论框架。

【创新发现点】：

1.重构目前最大规模的冷泉微生物环状基因组数据集：获得了130个高质量环状基因组（cMAGs），其中包含24个ANME物种，显著提升了深海古菌参考基因组的完整度，突破了传统短读长测序的碎片化局限。

2.发现结构变异驱动的ANME遗传分化热点区：识别出多达7,119个基因组结构变异（SVs），这些变异高度集中于防御系统、转运蛋白和甲烷代谢相关基因，是驱动ANME-1株系分化的核心“热点区域”。

3.防御基因受强烈正选择：种群多态性指标（pN/pS）表明环境适应和原核防御基因（如hicAB和ABC-2型通透酶）经受着比核心能量代谢基因更强烈、持续的正选择压力。

4.功能验证揭示潜在古菌“细胞休眠”调节机制：异源表达实验证实ANME-1的hicAB操纵子为功能性毒素-抗毒素（toxin–antitoxin）系统（简称TA系统）。在冷泉甲烷通量波动或能量限制时，毒素（HicA）可能通过抑制细胞生长、甚至发挥致死效应来控制种群规模，提供一种深海极端环境下的特殊生存策略。

【关键图示】：

图1.研究总体设计及海马冷泉采样概况，展示多组学测序策略及ANME群落组成

图2.高质量ANME-1环状基因组构建及系统发育分析，揭示多个新物种和菌株

图3.ANME-1基因组结构变异分析，发现高度可变基因组热点主要富集于防御系统、运输系统和甲烷代谢相关区域

图4.群体遗传学分析，揭示正向选择主要作用于环境适应相关功能基因，并识别hicAB等关键热点基因。

图5.hicAB毒素-抗毒素系统异源表达实验，验证HicA毒性作用及HicB解毒功能，阐明其在ANME环境适应中的重要作用。

【原文链接】：//doi.org/10.1038/s41467-026-73573-4

供稿：黄永吉

初审：陆丽莹

复审：徐超

终审：解玉磊