重点实验室揭示深海难培养微生物绿弯菌的硫代谢机制

　　

  近日，微生物学领域旗舰期刊mBio刊发了题为"Deep-sea in situ and laboratory multi-omics provide insights into the sulfur assimilation of a deep-sea Chloroflexota bacterium”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难培养微生物-绿弯菌门（Chloroflexota）细菌通过同化硫酸盐还原过程获取能量的研究成果，为研究绿弯菌门细菌的硫代谢特征奠定了基础，也为深入了解深海重要微生物类群的生物地球化学机制及其与光能利用之间的耦合关系提供了研究材料。

绿弯菌门的成员虽然广泛分布在各种生态系统中，但深海来源的绿弯菌类群被纯培养的菌株屈指可数，属于典型的难培养微生物，其生物学特性在国内外基本处于空白。孙超岷课题组于2022年通过光诱导的独特方式富集并纯培养了一株能够通过光合作用获取能量的深海绿弯菌，并证实该菌株是一个新目分类阶元的代表菌株（命名为Phototrophicus methaneseepsis ZRK33），其菌体呈长丝状（长度为几十甚至上百微米），有别于常见细菌的球形或杆状(mBio, 2022)。随后，研究人员发现硫酸盐和硫代硫酸盐可以有效促进这株绿弯菌的生长，结合生理生化、基因组、蛋白质组和深海原位转录组分析，发现菌株ZRK33在实验室和深海原位条件下都能进行同化硫酸盐还原的过程，将硫酸盐或者硫代硫酸盐转化成半胱氨酸，从而进入到其它能量代谢途径中驱动能量循环。同时， ZRK33菌株对硫酸盐或硫代硫酸盐的代谢显著促进了各种有机物的转运和降解，从而获得大量能量以支撑其生长繁殖。此外，宏基因组研究结果表明，与同化和异化硫酸盐还原相关的基因普遍分布在深海绿弯菌基因组中；宏转录组学结果还显示深海绿弯菌中与硫代谢相关基因的表达水平显著上调，表明绿弯菌可能在深海硫循环中发挥着重要作用。但绿弯菌是否在硫酸盐异化过程中发挥作用，机制如何，现在仍然不清楚。因此，在未来的研究中应该培养更多深海微绿弯菌，解析其硫代谢机制，评估绿弯菌介导的硫代谢在深海元素生物地球化学循环及能量循环中的贡献。

中国科学院海洋研究所为论文第一完成单位，实验海洋生物学重点实验室郑日宽副研究员和王崇博士为文章共同第一作者，孙超岷研究员为通讯作者。研究得到了崂山实验室科技创新计划、国家基金委重大研究计划及创新群体项目、山东省泰山学者特聘专家和青年专家等项目联合资助。

相关论文：

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.

论文链接：https://doi.org/10.1128/mbio.00004-24

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