近日，國際學(xué)術(shù)期刊mSystems刊發(fā)了題為“A deep sea bacterium senses blue light via a BLUF dependent pathway”的文章，報道了中國科學(xué)院海洋研究所孫超岷課題組關(guān)于深海冷泉非光合細菌通過藍光感受蛋白感知藍光并激發(fā)能量合成的研究成果，為深海微生物能感知并利用光能提供了又一例證。
眾所周知，萬物生長靠太陽，大量研究也證實了真光層生物的生長或多或少的都會受到光的影響。但對于深海生境，長期以來，研究人員普遍認為是一個黑暗的、由化學(xué)能支撐維系的生態(tài)系統(tǒng)。但越來越多的證據(jù)表明，不僅深海熱液區(qū)，其它深海生境（如冷泉）也存在不同形式地質(zhì)光或生物發(fā)光。研究表明，有接近80%的深海動物能夠發(fā)光，發(fā)光形式以藍光為主。很多微生物學(xué)家也一直在探究深海微生物是否能夠感受乃至利用藍光或其它波長的光。但受制于深海樣品采集的難度以及深海微生物的難培養(yǎng)特性，上述問題一直沒有得到有效解決。
圍繞如上科學(xué)問題，孫超岷研究團隊基于“科學(xué)”號2017年從我國南海深海海域一處冷泉噴口附近采集的沉積物，采用藍光富集培養(yǎng)技術(shù)從沉積物樣品中獲得了一株海綿桿菌。研究發(fā)現(xiàn)，相比于其它類型的光，該菌株在藍光（470 nm）照射下可獲得最快生長速度。但基因組測序表明，該菌株不包含葉綠素合成通路及視紫紅質(zhì)編碼基因，不屬于常見的光能利用類型。蛋白質(zhì)組結(jié)果表明，該細菌藍光感受蛋白BLUF在感受藍光過程中發(fā)揮著重要作用，研究人員通過分子遺傳學(xué)手段把編碼BLUF的基因敲除掉，發(fā)現(xiàn)該細菌感知藍光的能力明顯減弱，進一步驗證了蛋白組的結(jié)果；與體內(nèi)實驗的結(jié)果一致，體外表達的藍光蛋白也顯示了明顯的藍光感受活性。以上蛋白組學(xué)、遺傳學(xué)及生物化學(xué)實驗結(jié)果綜合證實了藍光感受蛋白BLUF介導(dǎo)了深海細菌對藍光的感知，并進一步激活了乙酰輔酶A的合成通路，進而顯著增強了三羧酸循環(huán)通路及能量產(chǎn)生，最終促進了菌株的快速生長。值得注意的是，藍光感受器BLUF的同源蛋白廣泛分布于深海微生物中，表明了很多深海來源的微生物也能通過類似的途徑感受并利用藍光，也提示微生物學(xué)家在今后的研究中需要考慮微生物介導(dǎo)的光能代謝對深海生態(tài)系統(tǒng)能量循環(huán)的貢獻。
蛋白組學(xué)手段揭示BLUF是深海細菌感知藍光及激活能量合成的關(guān)鍵因子
傳學(xué)手段證實BLUF是深海細菌感知藍光及激活能量合成的關(guān)鍵因子
體外表達手段證實BLUF具有感知藍光的活性
BLUF介導(dǎo)深海細菌感知藍光及激活能量合成通路圖
實驗海洋生物學(xué)重點實驗室博士研究生單業(yè)奇為第一作者，孫超岷研究員為通訊作者。研究得到了中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項、中科院海洋大科學(xué)中心前沿重點部署等項目聯(lián)合資助。
相關(guān)論文：
Yeqi Shan, Ge Liu, Ruining Cai, Rui Liu, Rikuan Zheng, Chaomin Sun*. A deep-sea bacterium senses blue light via a BLUF-dependent pathway. mSystems, 2022, 7(1): e01279-21. Doi: 10.1128/msystems.01279-21.
論文鏈接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/msystems.01279-21.
