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深海硫酸盐还原菌可通过代谢硫代硫酸钠形成单质硫

已有 703 次阅读 2023-2-3 16:23 |系统分类:论文交流



中国科学院海洋研究所孙超岷研究员团队的文章“A deep‐sea sulfate‐ educing bacterium generates zero‐valent sulfur via metabolizing thiosulfate”于2022年9月23日在mLife 正式上线。该研究团队基于从南海冷泉中获得的硫酸盐还原菌及深海原位条件下该菌代谢不同硫源等开展了实验,发现了南海冷泉中硫酸盐还原菌能够通过代谢硫代硫酸钠形成单质硫,为研究我国南海冷泉广泛分布单质硫的成因提供了新思路。

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背景介绍

单质硫是硫地球生物化学循环中的重要中间体。我国科研人员基于拉曼光谱检测到南海冷泉环境中单质硫含量丰富,但其形成原因尚不清晰。前期的研究成果表明,硫氧化菌是深海环境中单质硫形成的重要贡献者。然而,在深海冷泉环境中广泛分布的硫酸盐还原菌是否会介导单质硫的形成却鲜有报道。


科学发现

借助“科学号”科考船2018年南海冷泉航次获得的样品,孙超岷研究团队分离培养了一株典型硫酸盐还原菌Oceanidesulfovibrio marinus CS1。结合拉曼光谱及扫描电镜结果证实该硫酸盐还原菌能通过代谢硫代硫酸钠形成单质硫;结合蛋白组学及蛋白体外表达和功能分析等手段证实硫代硫酸盐还原酶(PhsA)及硫化:醌氧化还原酶(SQR)在驱动单质硫形成过程中起到关键作用。在这个过程中,硫代硫酸盐先被PhsA还原生成硫化物,然后硫化物被SQR氧化生成单质硫(图1)。
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图1 深海硫酸盐还原菌Oceanidesulfovibrio marinus CS1代谢硫代硫酸钠形成单质硫


为了验证该硫酸盐还原菌在深海原位是否也能发挥类似的功能,科研人员借助“科学号”科考船2020年的南海冷泉航次,将该硫酸盐还原菌布放在深海冷泉喷口附近并培养了10 天。通过蛋白组学等实验证实:与实验室条件类似,PhsA和SQR的表达显著上调,提示该菌株极有可能在深海冷泉环境中也形成单质硫(图2)。

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图2 PhsA和SQR的表达在深海原位条件下显著上调


值得注意的是,通过宏基因组分析,研究人员发现在南海冷泉不同深度沉积物中的硫酸盐还原菌基因组中phsAsqr的同源基因广泛存在。考虑到硫酸盐还原菌是深海冷泉环境的一类高丰度微生物,因此,研究人员认为硫酸盐还原菌是介导深海冷泉环境单质硫形成的重要类群。


总结展望

前期大部分研究主要关注于硫氧化菌对深海环境单质硫形成的贡献,而忽略了硫酸盐还原菌在单质硫形成过程中的作用。本研究从新的视角折射了硫酸盐还原菌在深海环境硫元素循环中的重要地位,提示后期研究需要综合评估其在深海环境单质硫形成中的贡献,并揭示相应分子机制及其对深海硫元素循环的驱动作用。

英文原文

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/mlf2.12038
引用本论文:Liu R, Shan Y, Xi S, Zhang X, Sun C. A deep‐sea sulfate‐ educing bacterium generates zero‐valent sulfur via metabolizing thiosulfate. mLife. 2022. https://doi.org/10.1002/mlf2.12038


图片

作者信息


第一作者

刘瑞  副研究员

作者单位:中国科学院海洋研究所
作者简介:理学博士,硕士生导师。研究方向为海洋微生物学。在Environmental Microbiology,  Applied and Environmental Microbiology, Frontiers in Microbiology等微生物学领域专业杂志发表学术论文20余篇,其中以第一作者身份发表SCI论文10余篇。


通讯作者

孙超岷  研究员

作者单位:中国科学院海洋研究所
作者简介:中国科学院海洋研究所研究员、博士生导师。近年来,围绕“深海微生物资源发掘利用”,着力突破深海微生物高效获取的关键技术瓶颈,创新性建立了特定物质代谢驱动的微生物纯培养技术,获得了一批深海微生物新物种,包括多个难培养微生物类群;从元素循环驱动、光能利用等方面揭示了深海微生物物质代谢和能量转化新机制;发掘了多个在生物医药(抗肿瘤)和环境保护(塑料降解)等领域有良好应用潜力的活性物质,有力提升了深海微生物在重大疾病防治和新兴污染物去除领域的应用潜能。在PNAS, ISME J, mBio等本领域权威期刊发表论文60余篇。主持了包括国家自然科学基金、国家重点研发计划、中科院战略先导、国家自然资源部深海生物资源开发计划等在内的项目20余项。


——期刊新媒体部科微学术出品



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