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    上海交通大学在“深部生物圈”重要古菌研究方面取得重要进展

    日期 2016-05-18   来源:地球科学部   作者:顾松竹 姚玉鹏  【 】   【打印】   【关闭

      近日,上海交通大学微生物海洋学实验室地微生物学研究团队在Nature Microbiology上发表文章“Genetic and enzymatic evidences for acetogenesis among multiple lineages of the archaeal phylum Bathyarchaeota widespread in marine sediments”(来自基因组和酶的证据表明,广泛分布在海洋沉积中的古菌之一门——深古菌的多个支系能够产生乙酸),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。文章链接:http://www.nature.com/articles/nmicrobiol201635。该项研究得到了国家自然科学基金(批准号41525011、41506163、91228201、31290232等)的支持。

      深古菌(Bathyarchaeota,曾被长期暂命名为“Miscellaneous Crenarchaeota Group”,MCG)是自然界分布非常广泛的一大类未培养古菌,在海洋沉积物中含量最为丰富,并且也是最活跃的类群之一。据推算,“深古菌”在自然界的含量约为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,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)等原因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、命名深古菌新门等研究成果之后,研究团队与深圳大学的李猛教授和美国伍兹霍尔海洋研究所的Stefan Sievert教授合作,成功解析了深古菌部分类群的独特代谢形式。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,从而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)。这是首次发现和证实古菌具有自养产乙酸的代谢方式。

      该研究极大地拓展了对古菌代谢多样性的认识,使科学家重新认识了古菌在深部生物圈的生态功能,同时也为查明早期生命的起源打开了新的窗口。

      图1 深部生物圈古菌生物地球化学和生态学功能模型:深古菌的一些类群具有丰富多样的代谢方式,既可以降解环境中的一些难降解大分子例如芳香化合物,几丁质,纤维素和蛋白质等,通过发酵产生乙酸等小分子化合物,也可以利用CO2和H2自养产乙酸途径获取能量。深古菌产生的乙酸是重要的电子载体可以被产甲烷菌和异养细菌所利用,是深部碳循环和生态系统的核心驱动者。




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