海洋所深海难培养微生物特殊生命过程认知研究取得新进展
时间 : 2021-03-23     

322日,国际生物学期刊The ISME Journal刊发了题为“Characterization of the first cultured free-living representative of Candidatus Izemoplasma uncovers its unique biology”的文章,报道了中科院海洋所孙超岷课题组关于深海难培养微生物-软壁菌门(Tenericutes)细菌首次纯培养及其特殊生命过程的研究成果,为突破深海难培养微生物的培养瓶颈及深入了解深海稀有微生物类群的环境适应机制提供了重要理论依据和研究范例。  

深海蕴含着海量的微生物资源,却是地球上人们了解最少的生境之一。迄今为止,99.9%以上的深海微生物无法获得纯培养,称之为难培养微生物,是地球上尚未实现有效开发的巨大生物资源库。软壁菌门是一类独特的难培养微生物类群,此类菌无细胞壁却由厚壁菌门进化而来。根据宏基因组预测结果可知它们具有突出的核酸降解能力,对磷、氮等元素的循环有重要驱动作用,而且还能自如应对深海高压和陆地常压环境,在进化、耐压和元素循环等方面有独特的研究价值。但是由于软壁菌生长慢、丰度低,迄今国际上还没有获得任何深海生境的纯培养菌株,阻碍了对其进一步深入研究。  

基于此,孙超岷研究团队利用在基本培养基中添加大肠杆菌DNA的新颖手段富集并纯培养了一株Izemoplasma纲的软壁菌。因其在进化和代谢特征上兼具软壁菌门和厚壁菌门的特征,研究人员特以《山海经》中一种非鱼非猪的怪物-?父鱼(样子像鲋鱼,有鱼的脑袋,却长着猪的身子)对该菌进行了命名,即Xianfuyuplasma (图1)。进而基于转录组学手段揭示了其代谢有机物和硫代硫酸钠进行能量转换的机制,基于生物化学等手段首次证实了其降解DNA的突出能力,并借助“科学”号科考船的先进装置进行了深海原位实验,验证了该菌在自然生境中也具有降解DNA参与能量合成的独特生命过程(图2)。多项前期研究表明深海富含各种类型的核酸分子(如DNARNA等),是一些微生物(如软壁菌门)的重要能量来源。而这些类群降解核酸的突出能力有力促进了深海生境磷、碳、氮等生命元素的生物地球化学循环进程,对深海的物质循环和能量代谢具有重要的驱动作用(图3)。The ISME Journal主编认为相关研究结果“对其他人从深海沉积物中分离和研究稀有物种有重要启示”(“have important inspiration for others to isolate and study rare species from deep-sea sediments”)。 

1 深海首株软壁菌门细菌的培养策略、形态及命名 

2 深海软壁菌门细菌原位实验设计及转录组学分析 

3 深海软壁菌门细菌主要代谢通路模式图 

中科院海洋所博士研究生郑日宽为第一作者,孙超岷研究员为通讯作者。研究得到国家基金委“水圈微生物驱动地球元素循环的机制”重大研究计划培育项目、大洋协会“深海生物资源计划”及中科院海洋大科学研究中心前沿部署等项目联合资助。  

相关论文:  

Rikuan Zheng, Rui Liu, Yeqi Shan, Ruining Cai, Ge Liu, Chaomin Sun*. Characterization of the first cultured free-living representative of Candidatus Izemoplasma uncovers its unique biology. The ISME Journal, 2021, Doi: 10.1038/s41396-021-00961-7.  

论文链接:https://rdcu.be/chcze  

(文章来源于海洋所官网,科学号信息员封婧提供)