海洋所揭示深海難培養(yǎng)微生物綠彎菌的硫代謝機制
近日,微生物學領域旗艦期刊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,報道了中國科學院海洋研究所孫超岷課題組關于深海難培養(yǎng)微生物-綠彎菌門(Chloroflexota)細菌通過同化硫酸鹽還原過程獲取能量的研究成果,為研究綠彎菌門細菌的硫代謝特征奠定了基礎,也為深入了解深海重要微生物類群的生物地球化學機制及其與光能利用之間的耦合關系提供了研究材料。
綠彎菌門的成員雖然廣泛分布在各種生態(tài)系統(tǒng)中,但深海來源的綠彎菌類群被純培養(yǎng)的菌株屈指可數,屬于典型的難培養(yǎng)微生物,其生物學特性在國內外基本處于空白。孫超岷課題組于2022年通過光誘導的獨特方式富集并純培養(yǎng)了一株能夠通過光合作用獲取能量的深海綠彎菌,并證實該菌株是一個新目分類階元的代表菌株(命名為Phototrophicus methaneseepsis ZRK33),其菌體呈長絲狀(長度為幾十甚至上百微米),有別于常見細菌的球形或桿狀(mBio, 2022)。隨后,研究人員發(fā)現硫酸鹽和硫代硫酸鹽可以有效促進這株綠彎菌的生長,結合生理生化、基因組、蛋白質組和深海原位轉錄組分析,發(fā)現菌株ZRK33在實驗室和深海原位條件下都能進行同化硫酸鹽還原的過程,將硫酸鹽或者硫代硫酸鹽轉化成半胱氨酸,從而進入到其它能量代謝途徑中驅動能量循環(huán)。同時, ZRK33菌株對硫酸鹽或硫代硫酸鹽的代謝顯著促進了各種有機物的轉運和降解,從而獲得大量能量以支撐其生長繁殖。此外,宏基因組研究結果表明,與同化和異化硫酸鹽還原相關的基因普遍分布在深海綠彎菌基因組中;宏轉錄組學結果還顯示深海綠彎菌中與硫代謝相關基因的表達水平顯著上調,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程中發(fā)揮作用,機制如何,現在仍然不清楚。因此,在未來的研究中應該培養(yǎng)更多深海微綠彎菌,解析其硫代謝機制,評估綠彎菌介導的硫代謝在深海元素生物地球化學循環(huán)及能量循環(huán)中的貢獻。
中國科學院海洋研究所為論文第一完成單位,實驗海洋生物學重點實驗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。研究得到了嶗山實驗室科技創(chuàng)新計劃、國家基金委重大研究計劃及創(chuàng)新群體項目、山東省泰山學者特聘專家和青年專家等項目聯合資助。
相關論文:
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
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