6月15日，國際學術期刊Environmental Microbiology報道了中科院海洋所孫超岷課題組關于深海熱液微生物可利用紅外光進行能量合成的研究成果，為發(fā)現(xiàn)新型光能利用機制和評估地質熱源光對深海熱液生態(tài)系統(tǒng)的貢獻提供了理論依據(jù)和研究范例。
長期以來，研究人員普遍認為深海是一個黑暗的、由化學能支撐維系的生態(tài)系統(tǒng)，但越來越多的證據(jù)表明深海熱液區(qū)，尤其是高溫煙囪體附近可以發(fā)出以紅外光為主的地質熱源光。但是，深海熱液生態(tài)系統(tǒng)的微生物是否可利用這種地質光源進行特殊“光合作用”或其它未知光能代謝途徑，一直是學術界關注和爭議的焦點，其中也蘊含著許多重要科學問題，比如深海微生物是否能夠利用紅外光作為能量來源？如果能夠利用，又是基于哪些能量代謝通路？深海微生物利用紅外光是否依賴葉綠素？如果不是，還有哪些新穎的光能利用方式？
圍繞如上科學問題，孫超岷團隊基于“科學”號2018年從深海熱液口附近采集的沉積物，采用紅外光富集培養(yǎng)技術從沉積物樣品中獲得了一株正黃胞球菌Croceicoccus marinus OT19。研究發(fā)現(xiàn)，相比于其它類型的光（藍光、綠光、紅光等），該菌株在紅外光（940 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編碼基因，不屬于常見的光能利用類型。結合蛋白質組及其他手段證實細菌光敏色素在紅外光促生長過程中發(fā)揮關鍵作用，而且紅外光可顯著促進該菌株的丙酮酸和丙酸代謝。生理學實驗進一步證實紅外光可促進丙酮酸和丙酸向乙酰輔酶A和琥珀酰輔酶A的轉變過程，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。該研究成果為認知深海微生物的光能利用機制提供了新的視角，并為深入開展高溫熱液生態(tài)系統(tǒng)特殊能量代謝機制及低能量光能利用研究提供了范例。
中科院實驗海洋生物學重點實驗室劉格博士為論文第一作者，孫超岷研究員為通訊作者。研究得到了中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、大洋協(xié)會“深海生物資源計劃”等項目聯(lián)合資助。
紅外光顯著促進深海熱液細菌Croceicoccus marinus OT19的生長
蛋白質組學揭示紅外光促進深海細菌Croceicoccus marinus OT19丙酮酸和丙酸代謝
紅外光促進深海熱液細菌Croceicoccus marinus OT19生長模式圖
相關論文：
Ge Liu, Yeqi Shan, Rikuan Zheng, Rui Liu, Chaomin Sun*. Growth promotion of a deep-sea bacterium by sensing infrared light through a bacteriophytochrome photoreceptor. Environmental Microbiology, 2021, Doi: 10.1111/1462-2920.15639
論文鏈接：https://sfamjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1462-2920.15639
