中国海大团队深渊微生物DMSP研究取得重要成果

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发布:2021-11-01 11:30

马里亚纳海沟水体和沉积物中的DMSP循环

2020年9月16日,中国海洋大学海洋生命学院张晓华教授团队在国际著名综合性学术期刊NatureCommunications上在线发表了题为“Bacteriaareimportantdimethylsulfoniopropionateproducersinmarineaphoticandhigh-pressureenvironments”(细菌是深海无光和高压环境下的重要DMSP生产者)的最新研究成果。

该研究是张晓华教授团队继发现海洋细菌能够合成DMSP并鉴定其关键基因(NatureMicrobiology,2017,2:e17009)之后,在海洋细菌驱动硫循环方面取得的又一重要标志性成果。该研究也是在前期发现烃类降解菌在马里亚纳海沟底层水的勃发(Liuetal.Microbiome,2019,7:47)和马里亚纳海沟深层水体关键氮循环参与者及生产者的代谢及适应机制(Zhongetal.Microbiome,2020,8:78)后,研究团队在深渊海沟生命过程方面取得的又一项重要成果。

张晓华教授是该项成果的通讯作者,英国东英吉利大学JonathanD.Todd教授为共同通讯作者。第一作者是张晓华教授的博士生郑艳芬(现就职于中国农业科学院烟草研究所),在读博士生王金燕为共同第一作者。该项工作同时得到了中国海洋大学化学化工学院与中国科学院海洋研究所的大力支持,彰显出学科交叉与国际合作的重要性。

二甲基巯基丙酸内盐(dimethylsulphoniopropionate,DMSP)是地球上最丰富的有机硫分子之一,也是“冷室气体”二甲基硫(dimethylsulphide,DMS)的最主要前体物质,在气候变化和全球硫循环中均扮演着重要角色。以前普遍认为生存于真光层的浮游微藻、大型藻类等真核生物才能合成DMSP,使得DMSP相关研究主要集中在上层海洋环境。课题组前期研究发现海洋异养细菌也可以合成DMSP,因此黑暗无光的深海环境中DMSP的产量、分布和环境效应亟需研究。在该项工作中,研究团队以马里亚纳海沟为研究对象,对水体和沉积物中DMSP浓度的垂直变化,以及DMSP产生和降解细菌的丰度、多样性及与环境因子的相关性进行了研究。研究结果表明,DMSP产生菌的丰度随水深增加而增加,在深海沉积物中达到最大值;而DMSP降解菌则呈相反趋势,暗示DMSP可能对深海微生物具有压力保护作用。研究团队进一步发现,细菌菌株在高压条件下的DMSP产量得到提高,且敲除DMSP合成基因可显著降低菌株在高压条件下的存活率,外源添加DMSP后菌株存活率得到恢复。该研究首次发现并证实DMSP在压力保护方面的新功能,指出异养细菌是深海海水和沉积物中DMSP的重要生产者,揭示了细菌参与深海硫循环的新过程机制。研究结果为重新估算全球DMSP的产量、通量及其气候效应提供了依据,对深入理解深海细菌在硫循环中的作用有着重要科学意义。

本研究工作获得了国家自然科学基金委“水圈微生物驱动地球元素循环的机制”重大研究计划重点支持项目、国家重点研发计划等项目资助。

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