上海交通大学在古菌海洋沉积物碳循环研究方向取得重要研究进展

4月4日,Nature Microbiology在线刊登了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研究团队的成果“Genetic and enzymatic evidences for acetogenesis among multiple lineages of the archaeal phylum Bathyarchaeota widespread in marine sediments”,解析了深部生物圈一类重要新古菌门---“深古菌”中部分类群的特殊代谢机制和生物地球化学功能。

“深古菌” (Bathyarchaeota,曾经长期暂命名为“Miscellaneous Crenarchaeota Group”,MCG),是在海洋沉积物中最为丰富和活跃的一大类未培养古菌,据推算“深古菌”在自然界中有约2-3.9×1028个细胞,是地球上含量最丰富的微生物之一,很可能在全球物质和能量循环过程中发挥了重要的作用。然而由于“深古菌”细胞生长异常缓慢,至今尚未在实验室实现培养,而且细胞体积偏小不宜检测(直径约0.4-0.6微米的球状颗粒),使得对其研究进展非常缓慢,其地球化学和生态学功能几乎未知。

王风平教授领导的地微生物学研究小组长期致力于古菌的生物地质学和地球化学功能研究,综合利用分子生态,环境组学和地质/地球化学技术开展深部生物圈未培养古菌的研究。继发现“深古菌”含有光合作用相关基因(ISME J 2009),发现并命名“深古菌”新门(ISME J 2014)等研究成果的基础上,近期研究团队与深圳高等研究院的李猛教授和美国伍兹霍尔海洋研究所的Stefan M Sievert教授合作,成功解析了“深古菌”部分类群的独特代谢形式。研究发现其同时具有降解难降解有机化合物例如芳香烃化合物,几丁质,纤维素等的代谢途径和利用无机碳自养合成乙酸的途径,提出“深古菌”是海洋沉积物中碳循环和生态系统的核心驱动者(图1)。这是首次发现和通过酶学功能检测证实古菌具有自养产乙酸的代谢方式,极大地拓展了对古菌代谢多样性的认识,促使研究者们重新思考和理解古菌在深部生物圈的生态地位和功能,同时也为认识早期生命的起源打开了一扇新的窗户。

该项工作为深入理解海洋碳循环机制做出了贡献。研究团队长期以来得到了国家自然科学基金(杰出青年基金,南海重大研究计划重点和集成项目等)的支持。同时研究工作也得到了中国大洋矿产资源调查与开发协会生物专项的支持。

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