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上海交大团队首次发现古菌参与海洋沉积物中木质素的代谢

发布时间:2018-07-16 17:53编辑:admin阅读(

      近日,美国科学院院刊PNAS在线发表了由上海交通大学生命科学技术学院、微生物代谢国家重点实验室王风平教授团队的研究成果“Growth of sedimentary Bathyarchaeota on lignin as an energy source”。该研究发现了一种新的木质素降解菌—— “深古菌”门的类群Bathy-8,它是海洋沉积物中的重要古菌,在海洋碳循环过程中发挥重要作用。王风平教授为通讯作者,上海交通大学博士余甜甜和德国不来梅大学博士吴伟超为文章的共同第一作者。

      木质素是一类复杂的交联酚类聚合物,自然界中丰度仅次于纤维素,为位居第二的有机物。海洋沉积物是地球上最大的有机碳库,以木质素、纤维素、半纤维素为主的结构性聚合物是陆源有机质的重要组成成分,约占海洋埋藏有机质的三分之一,因此,木质素的厌氧降解被认为是全球碳循环的重要过程之一。在上世纪80年代已有海洋沉积物中微生物厌氧降解木质素的相关报道,但参与代谢的微生物种类及过程却仍然未知。“深古菌”(Bathyarchaeota) 是海洋沉积物中最丰富和活跃的一大类古菌,是地球上数量最丰富的微生物之一。目前通过已获取的宏基因组信息推测表明,“深古菌”具有多种代谢潜能,如自养产乙酸、产甲烷和发酵等,但由于“深古菌”细胞生长异常缓慢等原因,至今尚未实现在实验室进行培养,因此缺少进一步的直接证据。

      研究团队长期致力于古菌生物地质学和地球化学功能研究,在深部古菌研究中取得了一系列创新性成果,包括如发现并命名了“深古菌”新门(ISME J 2014),成功解析了“深古菌”部分类群的独特代谢形式(Nat Microbiol 2016)等。本次与德国不来梅大学和瑞士联邦技术研究院合作,在前期获得的基因组信息基础上,通过添加不同类型有机质包括脂肪酸类(油酸)、蛋白质类(酪蛋白)、芳香族化合物单体(苯酚)、芳香族化合物多聚体(木质素)和结构性碳水化合物(纤维素)对“深古菌”进行了富集培养。结果表明,只有添加了木质素的培养环境能够促进“深古菌”的生长,生长代时约为2-3个月,同时,“深古菌”还将无机碳吸收到了细胞膜脂中。该项研究首次实现了“深古菌”的实验室富集生长,表明“深古菌”具有有机自养的代谢特征,即“深古菌”可以利用木质素为能源、无机碳为碳源进行代谢生长(图示)。

      深古菌Bathyarchaeota是海洋沉积物中木质素降解者,在地球碳循环过程中发挥了重要作用

      该项研究首次证实“深古菌”是海洋沉积物中木质素降解的重要参与者,从新的角度认识了木质素在自然界的循环过程和机制,为深入理解海洋碳循环机制做出了贡献。同时,“深古菌”可降解木质素的发现将为植物难降解生物质的利用和绿色能源生产提供新的思路和途径。