Abstract Sexual reproduction consists of genome reduction by meiosis and subsequent gamete fusion. Presence of meiotic genes in prokaryotes suggests that DNA repair mechanisms evolved toward meiotic recombination; however, fusogenic proteins resembling those found in eukaryotes were not identified in prokaryotes. Here, we identify archaeal proteins that are homologs of fusexins, a superfamily of fusogens that mediate eukaryotic gamete and somatic cell fusion, as well as virus entry. The crystal structure of a trimeric archaeal Fusexin1 reveals novel features such as a six-helix bundle and an additional globular domain. Ectopically expressed Fusexin1 can fuse mammalian cells, and this process involves the additional domain and a conserved fusion loop. Archaeal fusexin genes exist within integrated mobile elements, potentially linking ancient archaeal gene exchanges and eukaryotic sex. One-Sentence Summary Cell membrane fusion proteins of viruses and eukaryotes are also present in archaea.

Abstract High elevation lakes are extreme ecosystems and serve as sentinels of various global changes. An expedition to Volcán Llullaillaco in 1996 discovered an unstudied high‐elevation lake (6,170 m a.s.l.) that probably was formed as a result of the past eruptive events or climatic processes such as glacial retreat in the lake basin. This article describes an initial physical characterization of the lake and its microbial communities derived from two sampling expeditions in 2013 and 2016. The microbial community in the lake, with an area between 1.2 and 1.4 ha and a depth of 6.8 m, was dominated by Proteobacteria, Actinobacteria and Haloarchaea. In addition, 26 bacterial isolates were identified within the genera Subtercola , Xylophilus , Rhodanobacter , Mesorhizobium and Pseudomonas . Lago Llullaillaco is one of the highest recorded lakes in the world, and this study highlights the unique microbial diversity of this aquatic ecosystem and the importance of its preservation to understand the complex biological processes under polyextreme conditions.

Microbial community assembly results from the interaction between biotic and abiotic factors. However, environmental selection is thought to predominantly shape communities in extreme ecosystems. Salar de Huasco, situated in the high altitude Andean Altiplano, represents a poly-extreme ecosystem displaying spatial gradients of physicochemical conditions. To disentangle the influence of abiotic and biotic factors, we studied prokaryotic and eukaryotic communities from microbial mats and underlying sediments across contrasting areas of this athalassohaline ecosystem. The prokaryotic communities were primarily composed of bacteria, notably including a significant proportion of photosynthetic organisms like Cyanobacteria and anoxygenic photosynthetic members of Alpha- and Gammaproteobacteria and Chloroflexi. Additionally, Bacteroidetes, Verrucomicrobia, and Deltaproteobacteria were abundantly represented. Among eukaryotes, photosynthetic organisms (Ochrophyta, Archaeplastida) were predominant, alongside relatively abundant ciliates, cercozoans, and flagellated fungi. Salinity emerged as a key driver for the assembly of prokaryotic communities. Collectively, abiotic factors influenced both prokaryotic and eukaryotic communities, particularly those of algae. However, prokaryotic communities strongly correlated with photosynthetic eukaryotes, suggesting a pivotal role of biotic interactions in shaping these communities. Co-occurrence networks suggested potential interactions between different organisms, such as diatoms with specific photosynthetic and heterotrophic bacteria or with protist predators, indicating influences beyond environmental selection. While some associations may be explained by environmental preferences, the robust biotic correlations, alongside insights from other ecosystems and experimental studies, suggest that symbiotic and trophic interactions significantly shape microbial mat and sediment microbial communities in this athalassohaline ecosystem.

Phylogenetic profiling is a computational method to predict genes involved in the same biological process by identifying protein families which tend to be jointly lost or retained across the tree of life. Phylogenetic profiling has customarily been more widely used with prokaryotes than eukaryotes, because the method is thought to require many diverse genomes. There are now many eukaryotic genomes available, but these are considerably larger, and typical phylogenetic profiling methods require quadratic time or worse in the number of genes. We introduce a fast, scalable phylogenetic profiling approach entitled HogProf, which leverages hierarchical orthologous groups for the construction of large profiles and locality-sensitive hashing for efficient retrieval of similar profiles. We show that the approach outperforms Enhanced Phylogenetic Tree, a phylogeny-based method, and use the tool to reconstruct networks and query for interactors of the kinetochore complex as well as conserved proteins involved in sexual reproduction: Hap2, Spo11 and Gex1. HogProf enables large-scale phylogenetic profiling across the three domains of life, and will be useful to predict biological pathways among the hundreds of thousands of eukaryotic species that will become available in the coming few years. HogProf is available at https://github.com/DessimozLab/HogProf .

Cell-cell fusion is inherent to any form of sexual reproduction. Loss of HAPLESS 2/GENERATIVE CELL SPECIFIC 1 (HAP2/GCS1) proteins results in gamete fusion failure in different organisms but their exact role is unclear. Here we show that Arabidopsis HAP2/GCS1 expression in mammalian cells is sufficient to promote cell-cell fusion. Hemifusion and complete fusion depend on HAP2/GCS1 presence in both fusing cells. Furthermore, expression of HAP2 on the surface of pseudotyped vesicular stomatitis virus and on the target cells results in HAP2-dependent virus-cell fusion. This bilateral requirement can be bypassed by replacing the plant gene with C. elegans EFF-1 somatic cell fusogen in one of the fusing cells or the virus, indicating that HAP2/GCS1 and EFF-1 share a similar fusion mechanism. Structural modeling of the HAP2/GCS1 protein family predicts that they are homologous to EFF-1 and class II fusion proteins from enveloped viruses (e.g. dengue and Zika viruses). We name this superfamily FUSEXINS: FUSion proteins essential for sexual reproduction and EXoplasmic merger of plasma membranes. Thus, Fusexins unify the origin and evolution of sexual reproduction, enveloped virus entry into cells and somatic cell fusion.