海洋所發(fā)現(xiàn)深海硫酸鹽還原菌通過(guò)代謝硫代硫酸鈉形成單質(zhì)硫
近日,國(guó)際生物學(xué)期刊mLife刊發(fā)了題為“A deep-sea sulfate-reducing bacterium generates zero-valent sulfur via metabolizing thiosulfate”的文章,報(bào)道了中科院海洋研究所孫超岷課題組在實(shí)驗(yàn)室及深海原位兩個(gè)層面證實(shí)硫酸鹽還原菌通過(guò)代謝硫代硫酸鈉形成單質(zhì)硫的研究成果,為研究我國(guó)南海冷泉噴口廣泛分布硫單質(zhì)的成因提供了新的思路。
單質(zhì)硫是硫地球生物化學(xué)循環(huán)中的重要中間體。在前期科考調(diào)查中,海洋所張?chǎng)窝芯拷M基于拉曼光譜觀測(cè)到我國(guó)南海冷泉環(huán)境中單質(zhì)硫含量豐富,但是形成原因不清晰。孫超岷課題組在前期工作中從實(shí)驗(yàn)室(ISME J, 2020)和深海原位(mBio, 2022)兩個(gè)層次證實(shí)了一株冷泉硫氧化菌能基于一條新型硫氧化途徑將硫代硫酸鈉轉(zhuǎn)化成單質(zhì)硫。綜合其他科研人員的研究成果,硫氧化菌被認(rèn)為是單質(zhì)硫形成的重要貢獻(xiàn)者。然而,深海硫酸鹽還原菌是否介導(dǎo)單質(zhì)硫形成及貢獻(xiàn)有多大卻鮮有報(bào)道。借助“科學(xué)號(hào)”科考船2018年南海冷泉航次獲得的樣品,孫超岷課題組分離培養(yǎng)了一株典型硫酸鹽還原菌Oceanidesulfovibrio marinus CS1。結(jié)合拉曼光譜及掃描電鏡結(jié)果證實(shí)該硫酸鹽還原菌能通過(guò)代謝硫代硫酸鈉形成單質(zhì)硫;結(jié)合蛋白組學(xué)及蛋白體外表達(dá)和功能分析等手段證實(shí)硫代硫酸鹽還原酶 (PhsA)及硫化:醌氧化還原酶(SQR)在驅(qū)動(dòng)單質(zhì)硫形成過(guò)程中起到關(guān)鍵作用。在這個(gè)過(guò)程中,硫代硫酸鹽先被PhsA還原生成硫化物,然后硫化物被SQR氧化生成單質(zhì)硫。借助“科學(xué)號(hào)”科考船2020年南海冷泉航次,科研人員將該硫酸鹽還原菌布放在深海冷泉噴口附近并培養(yǎng)了10天,通過(guò)蛋白組學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)PhsA和SQR的表達(dá)顯著上調(diào),提示該菌株極有可能在深海冷泉環(huán)境中也形成單質(zhì)硫。值得注意的是,通過(guò)宏基因組分析,研究人員發(fā)現(xiàn)在南海冷泉不同深度沉積物中的硫酸鹽還原菌基因組中phsA和sqr的同源基因廣泛存在??紤]到硫酸鹽還原菌是深海冷泉環(huán)境的一類高豐度微生物,因此,研究人員認(rèn)為硫酸鹽還原菌是介導(dǎo)深海冷泉環(huán)境單質(zhì)硫形成的重要類群。前期大部分研究主要考慮了硫氧化菌對(duì)單質(zhì)硫形成的貢獻(xiàn),而忽略了硫酸鹽還原菌在單質(zhì)硫形成過(guò)程中的作用,后期研究需要綜合評(píng)估其在單質(zhì)硫形成中的貢獻(xiàn),并揭示相應(yīng)分子機(jī)制及其對(duì)深海硫元素循環(huán)的驅(qū)動(dòng)作用。
實(shí)驗(yàn)海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉瑞博士為第一作者,孫超岷研究員為通訊作者。研究得到了青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室“十四五”重大項(xiàng)目、中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)、中國(guó)科學(xué)院海洋大科學(xué)研究中心重點(diǎn)部署項(xiàng)目等項(xiàng)目聯(lián)合資助。mLife是由中國(guó)科學(xué)院主管、中國(guó)科學(xué)院微生物研究所主辦的我國(guó)微生物學(xué)領(lǐng)域第一本綜合性高起點(diǎn)英文期刊,并于2021年榮獲中國(guó)科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃高起點(diǎn)新刊項(xiàng)目。
論文信息:Rui Liu, Yeqi Shan, Shichuan Xi, Xin Zhang, Chaomin Sun*. A deep-sea sulfate-reducing bacterium generates zero-valent sulfur via metabolizing thiosulfate. mLife, 2022. Doi: 10.1002/mlf2.12038.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/mlf2.12038

圖1 深海硫酸鹽還原菌O. marinus CS1代謝硫代硫酸鈉形成單質(zhì)硫

圖 2 PhsA和SQR的表達(dá)在深海原位得到顯著上調(diào)

圖3 深海硫酸鹽還原菌通過(guò)基于硫代硫酸鈉形成單質(zhì)硫代謝通路圖

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