海洋所发现深海非光合细菌通过蓝光感受器感知蓝光

发布时间:2022-04-28
  近日,中国科学院海洋研究所孙超岷课题组在发现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,为深海微生物能感知并利用光能提供又一例证。

  大量研究证实真光层生物的生长或多或少受到光的影响。但对于深海生境来说,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。

  该研究基于“科学”号于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(470nm)照射下可获得快生长速度。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,利用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,并进一步激活乙酰辅酶A的合成通路,进而显著增强三羧酸循环通路及能量产生,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。

  相关成果以AdeepseabacteriumsensesbluelightviaaBLUFdependentpathway为题,发表在mSystems上。研究得到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联合资助。

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