产氧光合作用（Oxygenic Photosynthesis）是一种利用光能将水和二氧化碳转化为葡萄糖和氧气的反应过程。该过程是地球和生命演化历史上关键的里程碑事件，它导致了地球大氧化事件（The Great Oxidation Event，GOE），并根本性地改变了地球上生命进化的轨迹。蓝细菌是目前唯一能够进行产氧光合作用的原核生物，真核生物的光合作用能力被广泛认为是通过与蓝细菌的内共生所获得。然而，蓝细菌中光合作用的起源和进化过程仍然是未解之谜。

近日，赌博app 李文均教授课题组联合中国科学技术大学环境科学与工程系花正双教授团队在国际学术期刊Molecular Biology and Evolution上发表题为“Exploring the origins and evolution of oxygenic and anoxygenic photosynthesis in deeply branched Cyanobacteriota”的研究论文。

该研究利用多组学技术，深入分析了来自中国滇藏地区热泉沉积物中的36个蓝细菌基因组，它们属于两个早期进化的的蓝细菌目：Thermostichales和Gloeomargaritales（图1）。研究揭示了Thermostichales类群是已知的最古老的编码关键类囊体膜合成蛋白Vipp1的蓝细菌谱系，并表明了类囊体膜（产氧光合作用的发生场所）的进化可能早于Thermostichales类群的分化（图2）。除了产氧光合作用，研究还发现这些根部蓝细菌具有将硫化物氧化与光合电子传递链耦合，进行硫化物驱动的不产氧光合作用（Anoxygenic Photosynthesis）的潜力。出乎意料的是，这种不产氧光合作用能力似乎是通过水平基因转移从后期演化的蓝细菌类群中获得的。其次，研究观察到Thermostichales中存在两种D1蛋白变体，表明其光系统具有功能灵活性，帮助它们在变化的氧化还原环境中生存。此外，这些热泉生境的根部蓝细菌都具有精简的藻胆体结构，偏好捕获较长波长的光。最后，研究进一步推测了根部蓝细菌光合作用的进化模型（图3），探讨了这些关键代谢的创新如何在地球历史的早期阶段促进蓝细菌的繁荣，并在地球早期氧气积累和GOE的发生中发挥重要作用。

图1 蓝细菌基因组系统发育分析

图2 Vipp1/PspA家族蛋白分析

图3 蓝细菌光合作用进化模型示意图

综上所述，这项研究工作为我们理解蓝细菌光合作用的起源和进化提供了新的线索和视角。随着对这些古老生物的深入研究，我们有望揭开更多关于地球生命起源和演化的秘密。

赌博app 特聘副研究员谭莎为论文第一作者，赌博app 李文均教授和中国科学技术大学花正双教授为共同通讯作者。赌博app 博士后刘兰，副研究员焦建宇，博士生李蒙蒙、胡超建、吕爱萍为共同作者。中山大学为该成果的第一完成单位。本课题研究得到了国家自然科学基金等项目的支持。

论文链接：

//doi.org/10.1093/molbev/msae151