海洋所发现冷泉拟杆菌通过降解藻类多糖促进深海营养和碳循环

  71日,优发战略合作伙伴:国际学术期刊Environmental Microbiology刊发了题为“Maribellus comscasis sp. nov., a novel deep-sea Bacteroidetes bacterium, possessing a prominent capability of degrading cellulose”的文章,报道了中科院海洋所孙超岷课题组关于深海冷泉拟杆菌可通过降解藻类多糖促进深海营养和碳循环的研究成果,为进一步了解深海微生物介导的物质能量代谢和碳元素生物地球循环研究提供了研究范例。 

  海藻多糖(纤维素、果胶、褐藻多糖等)是一类重要的细菌营养源和海洋食物网的主要成分,也是驱动海洋表面和深海物质能量(如有机碳)循环的重要因素。拟杆菌被认为是藻类多糖的主要降解者,在海洋碳元素生物地球化学循环过程中扮演着重要角色。然而,由于采样困难和纯培养菌株的缺乏,对深海拟杆菌降解多糖及其参与碳元素循环的机制知之甚少。 

  为此,孙超岷课题组利用 “科学”号科考船2018年采集的深海冷泉样品,通过宏基因组方法分析了拟杆菌的高丰度及富含藻类多糖降解基因的特征;进而基于拟杆菌降解多糖的特性设计了一种新的富集策略(基础培养基添加不同藻类多糖),分离培养了一个拟杆菌新种,并以中国科学院海洋大科学中心(Center of Ocean Mega-Science, Chinese Academy of Sciences)的名字命名该新种的种名为comscasis。该菌株能够有效降解并利用纤维素、果胶、褐藻多糖、甘露聚糖、木聚糖和淀粉等多糖,尤其偏好降解利用纤维素。通过转录组学和代谢组学联合分析研究了该菌株对纤维素降解和利用的机制。 

  研究人员根据研究结果推测,容易降解的藻类多糖首先被海洋表面的微生物利用,而难降解的多糖聚集形成颗粒碎屑向深海中沉降。一旦到达深海底部,拟杆菌会释放相应酶降解多糖,进而运输到细胞中进行代谢,以促进自身生长。而一些裂解产物可以提供给其它微生物利用,最终有效促进深部生物圈中的营养循环。研究人员还发现纤维素不仅可以促进拟杆菌的糖类和氨基酸代谢,还可以促进其尿素循环和甲烷代谢。鉴于深海拟杆菌具有显著的多糖降解能力和高丰度,研究者认为拟杆菌是深海营养和碳元素生物地球化学循环的重要参与者。 

  中科院实验海洋生物学重点实验室郑日宽博士为第一作者,孙超岷研究员为通讯作者。研究得到了中国科学院战略性先导科技专项、大洋协会“深海生物资源计划”等项目联合资助。 

基于多糖降解特性纯培养了一株具有显著降解各种藻类多糖的深海拟杆菌

 

转录组和代谢组联合分析深海拟杆菌降解及利用纤维素的分子机制

 

 

拟杆菌降解多糖模式图及其对深海营养和碳循环的贡献

  

  相关论文: 

  Rikuan Zheng, Ruining Cai, Rui Liu, Ge Liu, Chaomin Sun*. Maribellus comscasis sp. nov., a novel deep-sea Bacteroidetes bacterium, possessing a prominent capability of degrading cellulose. Environmental Microbiology, 2021, doi: 10.1111/1462-2920.15650. 

  论文链接:http://www.282.msc350.com/doi/10.1111/1462-2920.15650. 


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