重点实验室发现深海非光合细菌通过蓝光感受器感知蓝光

　　

　　近日，国际学术期刊mSystems刊发了题为“A deep sea bacterium senses blue light via a BLUF dependent pathway”的文章，报道了中国科学院实验海洋生物学重点实验室孙超岷课题组关于深海冷泉非光合细菌通过蓝光感受蛋白感知蓝光并激发能量合成的研究成果，为深海微生物能感知并利用光能提供了又一例证。 

　　众所周知，万物生长靠太阳，大量研究也证实了真光层生物的生长或多或少的都会受到光的影响。但对于深海生境，长期以来，研究人员普遍认为是一个黑暗的、由化学能支撑维系的生态系统。但越来越多的证据表明，不仅深海热液区，其它深海生境（如冷泉）也存在不同形式地质光或生物发光。研究表明，有接近80%的深海动物能够发光，发光形式以蓝光为主。很多微生物学家也一直在探究深海微生物是否能够感受乃至利用蓝光或其它波长的光。但受制于深海样品采集的难度以及深海微生物的难培养特性，上述问题一直没有得到有效解决。 

　　围绕如上科学问题，孙超岷研究团队基于“科学”号2017年从我国南海深海海域一处冷泉喷口附近采集的沉积物，采用蓝光富集培养技术从沉积物样品中获得了一株海绵杆菌。研究发现，相比于其它类型的光，该菌株在蓝光（470 nm）照射下可获得最快生长速度。但基因组测序表明，该菌株不包含叶绿素合成通路及视紫红质编码基因，不属于常见的光能利用类型。蛋白质组结果表明，该细菌蓝光感受蛋白BLUF在感受蓝光过程中发挥着重要作用，研究人员通过分子遗传学手段把编码BLUF的基因敲除掉，发现该细菌感知蓝光的能力明显减弱，进一步验证了蛋白组的结果；与体内实验的结果一致，体外表达的蓝光蛋白也显示了明显的蓝光感受活性。以上蛋白组学、遗传学及生物化学实验结果综合证实了蓝光感受蛋白BLUF介导了深海细菌对蓝光的感知，并进一步激活了乙酰辅酶A的合成通路，进而显著增强了三羧酸循环通路及能量产生，最终促进了菌株的快速生长。值得注意的是，蓝光感受器BLUF的同源蛋白广泛分布于深海微生物中，表明了很多深海来源的微生物也能通过类似的途径感受并利用蓝光，也提示微生物学家在今后的研究中需要考虑微生物介导的光能代谢对深海生态系统能量循环的贡献。 

蛋白组学手段揭示BLUF是深海细菌感知蓝光及激活能量合成的关键因子

遗传学手段证实BLUF是深海细菌感知蓝光及激活能量合成的关键因子

体外表达手段证实BLUF具有感知蓝光的活性

BLUF介导深海细菌感知蓝光及激活能量合成通路图

　　实验海洋生物学重点实验室博士研究生单业奇为第一作者，孙超岷研究员为通讯作者。研究得到了中科院战略性先导科技专项、中科院海洋大科学中心前沿重点部署等项目联合资助。 

　　相关论文： 

　　Yeqi Shan, Ge Liu, Ruining Cai, Rui Liu, Rikuan Zheng, Chaomin Sun^*. A deep-sea bacterium senses blue light via a BLUF-dependent pathway. mSystems, 2022, 7(1): e01279-21. Doi: 10.1128/msystems.01279-21. 

　　论文链接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/msystems.01279-21.