近日🚢，EON体育4平台、微生物代謝國家重點實驗室王寅炤副教授課題組在PNAS Nexus期刊上發表了題為“Oxidative adaptations in prokaryotes imply the oxygenic photosynthesis before crown-group Cyanobacteria”的研究論文，提出了產氧光合作用起源與演化過程的新假說🚓。這一發現為理解早期地球氧化環境形成與生命演化過程提供了新視角。EON体育4博士生曾子超為論文第一作者，王寅炤副教授為通訊作者🧑🏿‍🔬。

微生物從厭氧到需氧的轉變🧔🏿‍♂️，暗示了其對氧氣脅迫的適應性演化。藍細菌是目前已知的第一類且是唯一的具有光合產氧能力的原核生物👩‍🦼‍➡️。傳統觀點認為，地質過程只能產生極為有限的氧氣通量，而藍細菌作為唯一具備進行產氧光合作用能力的原核生物🧖🏽‍♂️，在大氧化事件（GOE）期間深刻改變了地球大氣和表層水體環境的氧化還原條件，並推動了其後原核生物的多樣化過程。產甲烷古菌是厭氧微生物的代表，作為地球最早的生命形式之一，在廣古菌中可分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個主要類群。其中Ⅱ類產甲烷古菌展現出獨特的耐氧特性🙋‍♂️，相較於其他嚴格厭氧產甲烷古菌更能適應低氧環境🚶🏻‍➡️🧑🏽‍🚀，因而過去被認為起源於大氧化事件期間。然而🚌🙋🏿‍♀️，通過對染色體結構維持蛋白（SMC）進行譜系發生分析發現，其編碼基因經歷了從早期Ⅱ類產甲烷古菌至現存藍細菌最近共同祖先的跨域水平轉移過程🧜🏼‍♂️，確證了現存產氧藍細菌的起源時間明顯晚於Ⅱ類產甲烷古菌，從而引發了對造成Ⅱ類產甲烷菌氧化適應的氧氣來源的討論。

研究團隊綜合運用比較基因組學🤸🏻‍♀️、譜系發生分析和分子鐘定年技術🧑🏽‍🚀，發現多個原核生物譜系在冠群藍細菌出現前就已進化出對氧化脅迫的適應性機製。這一時序悖論暗示：在現存藍細菌主導的產氧光合作用起源之前，地球上可能已經存在更古老的生物光合產氧途徑💀。本研究提出☣️🔸，這些可能起源於古太古代（約36-32億年前）的原始光養生物，或是推動原核生物對氧化脅迫適應機製的重要演化驅動力👩🏽‍🦱。相關成果為理解原核生物對氧化脅迫的適應過程，光合作用的起源與演化路徑，以及地球氧化環境形成機製提供了關鍵分子證據。

本研究得到了國家自然科學基金（42422209👏🏿、42272354、92351304💇🏽‍♀️、42230401🧑‍🦲、42141003）和國家重點研發計劃（2023YFC3108600）的資助。EON体育4博士生李留洋、王姮、呂振波🆓💶，EON体育4本科生陶俁昕（已畢業），以及EON体育4王風平教授為本研究做出了重要貢獻。本研究得到EON体育4網絡信息中心高性能計算中心（HPC）的支持👭🏋️。