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近日，华南师范大门生命科学学院传授束文圣团队与中国科学院水生生物研究所研究员宋立荣课题组、暨南大门生命科学技能学院研究员韩博平课题组合作，研究揭示蓝藻生物固氮的演化历程。相关研究在线发表于Molecular Biology and Evolution。
生物固氮是指原核微生物利用固氮酶将大气中的氮气还原成氨的过程。近几十年的研究表明，海洋情况中绝大部门的固氮生物是蓝藻，而在陆地生态系统中，蓝藻是泥土戈壁结皮中生物氮源的主要供给者，其生物固氮作用对氮元素生物地球化学循环具有紧张意义。但现阶段仍缺乏对蓝藻固氮酶的多样性、开端及其进化汗青的系统性研究，关于蓝藻调和遇氧失活固氮过程和光合产氧过程的适应性机制仍有待深入研究。
研究职员以650株具有谱系代表性的蓝藻基因组作为基础数据，利用守旧的固氮酶编码基因（nifHDKENB）评估蓝藻的固氮潜力，研究发现固氮蓝藻的系统发育分布不均，频繁的固氮性状丢失变乱造成了如今观测到的固氮蓝藻的零散分布。
在固氮蓝藻中，存在两种不同范例的固氮基因簇：一种为先人型，由固氮蓝藻先人垂直遗传到各个类群；另一种为厌氧菌型，拥有这种范例的蓝藻数目稀少，其大概通过水平基因转移从厌氧细菌中获得。研究阐明了蓝藻固氮功能的开端与两个主要的进化变乱相符合，其一是蓝藻多细胞的开端，其二是大量基因家族的获得和扩张变乱，该效果揭示了它们是驱动蓝藻从非固氮蓝藻向固氮蓝藻演化的关键因素。
该研究还发现与无氧光合电子传递（sqr）以及无氧代谢（nifJ、hemN、nrdG）有关的基因在固氮蓝藻基因组中富集，部门揭示了固氮蓝藻调和遇氧失活固氮过程与光合产氧过程的适应性进化的分子机制。
该研究得到国家自然科学基金重点项目和青年基金项目、中国博士后科学基金和广东省自然科学基金项目资助。
相关论文信息：https://doi.org/10.1093/molbev/msac171
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