Асгард-археи, включая новый тип Gerdarchaeota, участвуют в деградации органического вещества

Асгард-археи, предложенные как новый супертип архей, в настоящее время состоят из пяти типов: Lokiarchaeota, Thorarchaeota, Odinarchaeota, Heimdallarchaeota и Helarchaeota. Поскольку асгард-археи содержат множество эукариотических сигнатурных белков и образуют монофилетическую группу с эукариотами на филогенетическом дереве, они считаются ближайшими родственниками эукариот, что вызывает растущий исследовательский интерес, хотя дебаты об эволюционных связях продолжаются. В последние годы метагеномно-собранные геномы (MAGs) позволили расшифровать метаболические возможности асгард-архей, а недавняя изоляция и транскриптомный анализ Lokiarchaeota дали дополнительные сведения. Однако, поскольку до сих пор не было собрано всеобъемлющей информации об in situ активности этих архей, наше понимание этих филогенетически и эволюционно важных организмов основано на предсказаниях и сильно ограничено.

В данном исследовании Цай и его коллеги отобрали пробы прибрежных осадков с разных глубин, где они обнаружили обильные гены 16S рРНК Lokiarchaeota и Thorarchaeota, для глубокого метагеномного и метатранскриптомного секвенирования (всего 2.3 Тпн). В итоге они восстановили 15 MAGs асгард-архей с полнотой генома >75%, охватывающих почти все типы (кроме Odinarchaeota). Примечательно, что линия Heimdallarchaeota состоит из трёх устойчивых подкладов, включая два ранее известных — Heimdall-MHVG и Heimdall-AAG, с высокими значениями поддержки ветвей. Филогенетический анализ гена 16S рРНК (1152 пн), найденного в оставшихся MAGs, похожих на Heimdallarchaeota, показал, что он образует новую монофилетическую ветвь с идентичностью ниже 74% к генам 16S рРНК других типов асгард-архей. Таким образом, они предлагают назвать эту линию новым типом — Gerdarchaeota, в честь Герд, скандинавской богини плодородной почвы, поскольку эти геномы были получены из богатых органикой прибрежных сред.

Геномный анализ предсказывает, что Gerdarchaeota являются факультативными анаэробами, способными утилизировать как органический, так и неорганический углерод. Однако, в отличие от своих ближайших родственников Heimdallarchaeota, Gerdarchaeota имеют гены, кодирующие целлюлазу и ферменты, участвующие в тетрагидрометаноптерин-зависимом пути Вуда-Льюнгдаля. Ещё один интересный факт — MAGs Gerdarchaeota не имеют ключевого фермента G1PDH для биосинтеза архейных липидов, но содержат бактериальный/эукариотический тип G3PDH для синтеза истинно бактериальных липидов, что может объяснять эукариогенез.

Поскольку разнообразные MAGs асгард-архей (6 типов) были идентифицированы в разных слоях осадков, Цай и его коллеги далее исследовали их активность in situ с помощью метатранскриптомики, чтобы предсказать их экологические роли. Они обнаружили высокие уровни экспрессии генов, кодирующих внеклеточные пептидазы, ABC-транспортёры и наборы ферментов для превращения аминокислот в ацетил-КоА как в поверхностных, так и в глубинных прибрежных осадках. Это означает, что асгард-археи могут быть важными участниками деградации этих субстратов. Также наличие транскриптов для метаболизма этанола (алкогольдегидрогеназа, альдегид-ферредоксин оксидоредуктаза) предполагает, что этанол может быть ещё одним субстратом или продуктом. Интригующе, что они также идентифицировали экспрессируемый набор генов для аэробного дыхания у Gerdarchaeota, Heimdallarchaeota-AAG и Heimdallarchaeota-MHVG, включая ключевой транскрипт цитохром с оксидазы (принадлежащий Gerdarchaeota). Это указывает, что эти асгард-археи могут аэробно участвовать в деградации органического вещества в поверхностных осадках. Хотя типы асгард-архей сосуществуют в одних и тех же слоях осадков, каждый тип играет отличные экологические роли. Например, в отличие от Heimdallarchaeota-AAG и Heimdallarchaeota-MHVG, Gerdarchaeota содержат и экспрессируют гены для автотрофии и деградации целлюлозы.