2月28日，國際微生物學(xué)期刊mBio報道了中科院海洋所孫超岷課題組關(guān)于深海難培養(yǎng)微生物-綠彎菌門（Chloroflexi）細(xì)菌純培養(yǎng)及其通過光合作用獲取光能的特殊能量代謝方式的研究成果，為突破深海難培養(yǎng)微生物的培養(yǎng)瓶頸提供了有效手段，也為深入了解深海重要微生物類群的特殊生命過程提供了研究材料。
綠彎菌門，以前被稱為“綠色非硫細(xì)菌”，是細(xì)菌域中一個多樣性較高的類群。綠彎菌門的成員廣泛分布在海洋生態(tài)系統(tǒng)中，且豐度非常高，但深海生境中被培養(yǎng)的類群屈指可數(shù)，屬于典型的難培養(yǎng)微生物，其生物學(xué)特性在國內(nèi)外基本處于空白。目前，綠彎菌門成員分為9個綱 （包括 14個目，19個科，34個屬，56個種），其中有些綱僅含有1個物種，這表明綠彎菌門的大多數(shù)成員尚未獲得純培養(yǎng)，亟需建立創(chuàng)新型分離培養(yǎng)手段獲取更多的綠彎菌。
孫超岷研究團(tuán)隊(duì)通過在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中添加利福平的方法富集培養(yǎng)了一批綠彎菌，通過不斷傳代培養(yǎng)，最終獲得了3株綠彎菌純培養(yǎng)。其中，有一株綠彎菌（命名為Phototrophicus methaneseepsis ZRK33）屬于暫定綱 Thermofonsia分支2，該類群被推測可能是一類新型的光合細(xì)菌，但因?yàn)槿狈兣囵B(yǎng)菌株一直未被證實(shí)。獲得純培養(yǎng)菌株后，研究人員通過16S rRNA基因和基因組進(jìn)化分析等手段證實(shí)該菌株是一個新目分類階元的代表菌株。基因組測序發(fā)現(xiàn)，該深海綠彎菌菌株有完整的光合作用通路，提示其可能有利用光能的潛力。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明不同光照尤其是紅光能夠促進(jìn)該菌株的生長，證實(shí)了其利用光能的特性。利用轉(zhuǎn)錄組學(xué)手段揭示了在紅光照射條件下，該菌株基因組中與光合作用相關(guān)的一系列關(guān)鍵因子的表達(dá)均得到了顯著提升，證實(shí)了其通過光合作用方式利用光能。
基于利福平選擇壓力分離到一株深海綠彎菌
新分離的深海綠彎菌是一株新目分類階元的代表菌株
作為深海微生物，這株綠彎菌是否在深海生境也能進(jìn)行光合作用呢？研究人員通過“科學(xué)”號的先進(jìn)裝置在深海原位培養(yǎng)該綠彎菌10天，并結(jié)合轉(zhuǎn)錄組學(xué)手段證實(shí)了該菌株的確在深海生境也能夠進(jìn)行光合作用。而且，通過宏基因組手段證實(shí)含有光合作用通路的綠彎菌在深海熱液和冷泉廣泛分布，表明深海綠彎菌是一類重要的光能利用類群。
綠彎菌新類群在實(shí)驗(yàn)室和深海原位具有典型光合微生物特性
具有光合特性的綠彎菌在深海冷泉和熱液生境廣泛分布
孫超岷團(tuán)隊(duì)近年來陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了通過礦物質(zhì)(Environmental microbiology, 2021)、光敏蛋白(Environmental microbiology, 2021)及光受體蛋白(mSystems, 2022)利用光能的非光合細(xì)菌，這株光合綠彎菌的發(fā)現(xiàn)也為深海光合微生物的存在提供了實(shí)證。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）也存在不同形式的地質(zhì)光或生物發(fā)光（有接近80%的深海動物能夠發(fā)光）。因此，在未來的研究中應(yīng)該培養(yǎng)更多能利用光能的深海微生物，解析其光能利用機(jī)制，發(fā)現(xiàn)新型光能利用通路，評估微生物介導(dǎo)的光能代謝在深海能量循環(huán)中的貢獻(xiàn)。
實(shí)驗(yàn)海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄭日寬博士為第一作者，孫超岷研究員為通訊作者。研究得到了中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)、大洋協(xié)會“深海生物資源計劃”及中科院海洋大科學(xué)研究中心前沿部署項(xiàng)目等聯(lián)合資助。
相關(guān)論文：
Rikuan Zheng, Ruining Cai, Chong Wang, Rui Liu, Chaomin Sun*. Characterization of the first cultured representative of Candidatus Thermofonsia Clade 2 within Chloroflexi reveals its phototrophic lifestyle. mBio, 2022, 13(2): e00287-22. Doi: 10.1128/mbio.00287-22.
