海洋所揭示深海難培養(yǎng)微生物綠彎菌的硫代謝機(jī)制
近日,微生物學(xué)領(lǐng)域旗艦期刊mBio刊發(fā)了題為"Deep-sea in situ and laboratory multi-omics provide insights into the sulfur assimilation of a deep-sea Chloroflexota bacterium”的文章,報(bào)道了中國(guó)科學(xué)院海洋研究所孫超岷課題組關(guān)于深海難培養(yǎng)微生物-綠彎菌門(mén)(Chloroflexota)細(xì)菌通過(guò)同化硫酸鹽還原過(guò)程獲取能量的研究成果,為研究綠彎菌門(mén)細(xì)菌的硫代謝特征奠定了基礎(chǔ),也為深入了解深海重要微生物類群的生物地球化學(xué)機(jī)制及其與光能利用之間的耦合關(guān)系提供了研究材料。
綠彎菌門(mén)的成員雖然廣泛分布在各種生態(tài)系統(tǒng)中,但深海來(lái)源的綠彎菌類群被純培養(yǎng)的菌株屈指可數(shù),屬于典型的難培養(yǎng)微生物,其生物學(xué)特性在國(guó)內(nèi)外基本處于空白。孫超岷課題組于2022年通過(guò)光誘導(dǎo)的獨(dú)特方式富集并純培養(yǎng)了一株能夠通過(guò)光合作用獲取能量的深海綠彎菌,并證實(shí)該菌株是一個(gè)新目分類階元的代表菌株(命名為Phototrophicus methaneseepsis ZRK33),其菌體呈長(zhǎng)絲狀(長(zhǎng)度為幾十甚至上百微米),有別于常見(jiàn)細(xì)菌的球形或桿狀(mBio, 2022)。隨后,研究人員發(fā)現(xiàn)硫酸鹽和硫代硫酸鹽可以有效促進(jìn)這株綠彎菌的生長(zhǎng),結(jié)合生理生化、基因組、蛋白質(zhì)組和深海原位轉(zhuǎn)錄組分析,發(fā)現(xiàn)菌株ZRK33在實(shí)驗(yàn)室和深海原位條件下都能進(jìn)行同化硫酸鹽還原的過(guò)程,將硫酸鹽或者硫代硫酸鹽轉(zhuǎn)化成半胱氨酸,從而進(jìn)入到其它能量代謝途徑中驅(qū)動(dòng)能量循環(huán)。同時(shí), ZRK33菌株對(duì)硫酸鹽或硫代硫酸鹽的代謝顯著促進(jìn)了各種有機(jī)物的轉(zhuǎn)運(yùn)和降解,從而獲得大量能量以支撐其生長(zhǎng)繁殖。此外,宏基因組研究結(jié)果表明,與同化和異化硫酸鹽還原相關(guān)的基因普遍分布在深海綠彎菌基因組中;宏轉(zhuǎn)錄組學(xué)結(jié)果還顯示深海綠彎菌中與硫代謝相關(guān)基因的表達(dá)水平顯著上調(diào),表明綠彎菌可能在深海硫循環(huán)中發(fā)揮著重要作用。但綠彎菌是否在硫酸鹽異化過(guò)程中發(fā)揮作用,機(jī)制如何,現(xiàn)在仍然不清楚。因此,在未來(lái)的研究中應(yīng)該培養(yǎng)更多深海微綠彎菌,解析其硫代謝機(jī)制,評(píng)估綠彎菌介導(dǎo)的硫代謝在深海元素生物地球化學(xué)循環(huán)及能量循環(huán)中的貢獻(xiàn)。
中國(guó)科學(xué)院海洋研究所為論文第一完成單位,實(shí)驗(yàn)海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄭日寬副研究員和王崇博士為文章共同第一作者,孫超岷研究員為通訊作者。研究得到了嶗山實(shí)驗(yàn)室科技創(chuàng)新計(jì)劃、國(guó)家基金委重大研究計(jì)劃及創(chuàng)新群體項(xiàng)目、山東省泰山學(xué)者特聘專家和青年專家等項(xiàng)目聯(lián)合資助。
相關(guān)論文:
Rikuan Zheng#, Ruining Cai, Chong Wang, Rui Liu, Chaomin Sun*. Characterization of the first cultured representative of “Candidatus Thermofonsia” Clade 2 within Chloroflexi reveals its phototrophic lifestyle. mBio, 2022, 13(2):e00287-22.
Rikuan Zheng#, Chong Wang#, Chaomin Sun*. Deep-sea in situ and laboratory multi-omics provide insights into the sulfur assimilation of a deep-sea Chloroflexota bacterium. mBio, 2024. Doi: 10.1128/mbio.00004-24.
論文鏈接:https://doi.org/10.1128/mbio.00004-24

深海綠彎菌ZRK33菌株可以代謝利用硫酸鹽和硫代硫酸鹽

深海綠彎菌ZRK33菌株的主要代謝通路模式圖

具有同化和異化硫酸鹽特性的綠彎菌在深海冷泉和熱液生境廣泛分布
附件下載:
魯公網(wǎng)安備37020202001323號(hào) | 古鎮(zhèn)口園區(qū)地址:青島市西海岸新區(qū)海軍路88號(hào) 南海路園區(qū)地址:青島市市南區(qū)南海路7號(hào) 科考船碼頭基地:青島市西海岸新區(qū)長(zhǎng)江東路8號(hào) |
郵編:266000 郵件:iocas@qdio.ac.cn 電話:0532-82898611 傳真:0532-82898612 |
