[交大智慧]上海交大周寧一團隊揭示深海未可培養(yǎng)古菌Thermoprofundales通過苯乙酸代謝芳烴化合物的潛能
近日，上海交通大學生命科學技術(shù)學院、微生物代謝國家重點實驗室周寧一教授團隊在基因和酶學水平揭示深海未可培養(yǎng)古菌Thermoprofundales具有通過苯乙酸代謝芳烴化合物的潛能。相關(guān)成果“Evidences of aromatic degradation dominantly via the phenylacetic acid pathway in marine benthic Thermoprofundales”發(fā)表在《Environmental Microbiology》雜志上，博士生劉偉偉和深圳大學博士后潘杰為共同第一作者，周寧一教授為通訊作者。該文作者還包括上海交大王風平教授和深圳大學李猛教授等。
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海洋作為地球上巨大的有機碳庫，廣泛分布著難降解的芳烴化合物。加利福尼亞海灣Guaymas盆地熱液沉積層富含石油類芳香物，同時在該地區(qū)微生物宏基因組中發(fā)現(xiàn)了未可培養(yǎng)古菌Thermoprofundales的基因組。Thermoprofundales代謝活躍、生物量豐富，廣泛分布于全球海洋沉積物中，有降解蛋白碎片的能力，推測可能在深海區(qū)域有機質(zhì)轉(zhuǎn)換和碳循環(huán)中扮演著重要角色。目前文獻報道大多是在細菌中鑒定可代謝芳烴的相關(guān)基因及生化證據(jù)，在可培養(yǎng)的嗜熱古菌和嗜鹽古菌中僅有極少數(shù)報道，而對于深海中未可培養(yǎng)古菌的有機碳代謝途徑研究多是基于拼裝基因組后的生物信息學預測，尚無對芳烴代謝的基因和酶學功能的直接證據(jù)。
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本研究在Guaymas熱液沉積物來源的宏基因組數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)15個Thermoprofundales拼裝基因組，其屬于兩個新的亞群，且對熱液環(huán)境具有偏好性；對芳烴代謝途徑的構(gòu)建發(fā)現(xiàn)Thermoprofundales基因組中存在芳烴降解的苯乙酸（PAA）途徑，其中多數(shù)酶基因能夠原位轉(zhuǎn)錄。PAA途徑的關(guān)鍵酶苯乙酸輔酶A連接酶（PCL）基因在Thermoprofundales基因組中廣泛存在；生化驗證表明Thermoprofundales來源的PCL具有將PAA轉(zhuǎn)化生成苯乙酰輔酶A的活性，具有嗜熱性、熱穩(wěn)定性和耐酸性，且對PAA及其羥基取代衍生物沒有明顯的偏好性和親和性差異(圖1)。本研究表明深海未可培養(yǎng)古菌Thermoprofundales具有在熱液極端環(huán)境中通過PAA途徑代謝芳烴的潛能，拓寬了對古菌在海洋生態(tài)中碳代謝能力的認識，為其它海洋未可培養(yǎng)古菌的生理、生化或生態(tài)學研究提供了借鑒，同時為進一步研究深海未可培養(yǎng)古菌在驅(qū)動海洋生態(tài)環(huán)境中碳循環(huán)的作用提供了有力的證據(jù)。
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圖1. Thermoprofundales拼裝基因組存在芳烴降解的PAA途徑，關(guān)鍵酶PCL具有將PAA轉(zhuǎn)化為苯乙酰輔酶A的活性
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該項工作得到國家重點研發(fā)專項（2016YFA0601102，2018YFC0309800），國家自然科學基金（41525011，31661143022和91951106）的支持。
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論文鏈接：https://sfamjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/1462-2920.14850
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