近日，中科院海洋所在詮釋嗜鹽古菌特殊的甘氨酸甜菜堿代謝途徑、認(rèn)知耐高鹽滲透保護(hù)機(jī)制與起源進(jìn)化研究上取得進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊GENE上。
嗜鹽古菌是介于原核與真核生物之間、專性生活在3-8倍高鹽度環(huán)境中的特殊微生物類群。盡管很早就已明確嗜鹽古菌通過轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，可從胞外攝取積累相容性有機(jī)物質(zhì)（如甘氨酸甜菜堿等），通常認(rèn)為甘氨酸甜菜堿是其適應(yīng)高鹽度不可或缺的重要滲透性保護(hù)策略。然而，關(guān)于嗜鹽古菌甘氨酸甜菜堿從頭生物合成途徑、在此類嗜鹽菌中的分布、起源和演化等問題并不清晰。
中科院海洋所劉建國(guó)研究員團(tuán)隊(duì)采用一株從高鹽水體中分離的嗜鹽古菌（編號(hào)2020YC2），結(jié)合基因組、轉(zhuǎn)錄組、代謝組學(xué)和生理生化研究發(fā)現(xiàn)：該菌株具備完整的膽堿氧化途徑，可從頭合成甘氨酸甜菜堿；其合成底物源于絲氨酸，經(jīng)膽堿氧化途徑產(chǎn)生；當(dāng)葡萄糖作為唯一碳源時(shí)，絲氨酸由糖酵解中間代謝產(chǎn)物3-磷酸甘油酸轉(zhuǎn)化而來(lái)；甘氨酸甜菜堿合成積累量受外界鹽度的調(diào)節(jié)，隨著鹽度升高而增加；然而，當(dāng)外界存在其它相容性有機(jī)物質(zhì)海藻糖時(shí)，該嗜鹽古菌的胞內(nèi)甘氨酸甜菜堿的含量并不隨外界鹽度的改變呈明顯的增減變化。
圖1. 嗜鹽古菌甘氨酸甜菜堿生物合成途徑
匯總篩查嗜鹽菌目中205個(gè)明確基因組的嗜鹽菌相關(guān)信息發(fā)現(xiàn)：膽堿氧化途徑存在于13個(gè)嗜鹽菌屬中，僅占分析物種總數(shù)的14.63%，并且不同菌屬來(lái)源的編碼膽堿氧化途徑的基因具有高度相似性（52.83-84.62%）。深度剖析其系統(tǒng)發(fā)育親緣關(guān)系揭示：嗜鹽古菌可能起源于產(chǎn)甲烷桿菌，其膽堿氧化途徑卻源于嗜鹽變形菌，隨后在某些物種的演化中得以完整保留，但在大多數(shù)嗜鹽古菌物種的進(jìn)化過程中發(fā)生基因遺失事件。
上述結(jié)果意味著膽堿氧化途徑只是某些嗜鹽古菌的一種重要輔助性滲透保護(hù)策略，而非不可或缺的決定著整個(gè)嗜鹽菌目類群特殊耐鹽的首要因素。
海洋所楊娜博士為研究論文的第一作者，劉建國(guó)研究員為通訊作者。研究獲得青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目和中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)B專項(xiàng)資助。
論文信息:
Yanga Na, Ding Runting, Liu Jianguo, 2022, Synthesizing glycine betaine via choline oxidation pathway as an osmoprotectant strategy in Haloferacales. Gene, 847:146886.
https://doi.org/10.1016/j.gene.2022.146886
