中国科学院生态环境研究中心葛源研究组联合中国农业科学院和美国密歇根州立大学，在钴酰胺生物合成基因及其生产者的进化史研究方面取得重要进展，相关成果近期发表于《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America）。
钴酰胺是动物和大多数微生物不可或缺的辅酶因子，参与核酸合成、氨基酸代谢等生命过程。然而，这类辅酶因子仅能由少数原核生物合成，并通过分享机制供给其他生物。钴酰胺合成微生物可通过钴酰胺供给，调控生物互作和群落功能的发挥，深刻影响地球生命演化过程。葛源课题组早期研究表明，在全球尺度上，钴酰胺合成微生物是群落中的“关键少数”，其丰度呈纬度梯度分布模式，与微生物群落多样性、网络复杂性、以及微生物氮、磷、硫循环基因的丰度显著正相关（https://doi.org/10.1093/ismejo/wrae009; https://doi.org/10.1021/acs.est.3c02181）。然而，在地球生命演化过程中，钴酰胺合成基因和生产者的进化史究竟如何？在何时起源、又如何响应地球环境变化？目前仍缺乏明确的进化时间线。
该研究整合贝叶斯分子钟分析和生物系统发育重建，构建了钴酰胺生物合成基因及其生产者的进化时间线。研究发现，钴酰胺四吡咯前体与咕啉环的部分合成途径的出现，早于完整的钴酰胺生产者，表明在钴酰胺完整合成者出现之前就已存在类钴酰胺化合物；与地球历史上氧化还原状态变化一致，厌氧钴酰胺生产者先出现（Pelobacter，约24.6亿年前），而好氧生产者的出现则晚于大氧化事件（Kribbella，约17.8亿年前；图1）。该研究揭示了钴酰胺生物合成基因和生产者的进化历史序列，为理解钴酰胺在地球生命系统演化过程中的生态与进化作用提供了一个时间框架，表明钴酰胺这一关键辅酶因子的生物合成演化与地球地质变迁存在深层的耦合关系。
图1 钴酰胺生物合成基因及生产者的进化历程
上述研究得到国家自然科学基金和国家重点研发计划等项目资助。王继琛研究员为论文第一作者，艾超研究员、James M. Tiedje院士和葛源研究员为论文共同通讯作者。
论文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2610446123
土壤环境科学与技术实验室
区域与城市生态安全全国重点实验室
2026年7月8日