Evolutionary trajectory of microbial sulfur oxidation pathways recapitulates Earth’s oxygenation history

硫黄 化学 充氧 弹道 硫代谢 生物进化 生物 硫循环 氧代谢 氧化还原 氧气 生物物理学 实验进化 生物化学
作者
Xin-yue Ren,Xianyong Lin,Tomohisa Sebastian Tanabe,Alexander Loy,Lingfei Hu,Yong‐Guan Zhu,Song‐Can Chen
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1038/s41467-026-75310-3
摘要

Dissimilatory sulfur oxidation mediated by the microbial sulfur-oxidizing (Sox) multienzyme complex has played a central role in Earth's oxidative sulfur cycle. However, the evolutionary trajectory leading to its current complexity remains poorly understood. Here, we integrated expanded genomic records with geochemical evidence to reconstruct the natural history of the Sox system along a geological timeline. Our analyses traced the origin of the truncated Sox system (SoxABXYZ) prior to the Great Oxidation Event (GOE). This early form was later assembled with reverse dissimilatory sulfite reductases (rDsr), facilitating a primitive pathway for sulfate formation during the anoxic Archean eon. Following the post-GOE atmospheric oxygen rise, the truncated system incorporated SoxCD components, evolving into a more fine-tuned, oxygen-adapted pathway compared to the rDsr-coupled alternative. The subsequent spread of these Sox pathway variants was constrained by the oxygen requirements and phylogenetic backgrounds of their prokaryotic hosts, shaping the modern ecological landscape of microbial sulfur oxidation. The viral recruitment of auxiliary Sox components marked the latest evolutionary events, enabling direct manipulation of sulfur cycling over centuries-to-millennia timescales. Collectively, the reconstructed molecular timeline offers deeper insights into the evolutionary dynamics of the global oxidative sulfur cycle and its billion-year interplay with Earth's changing environments.
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