6月15日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Environmental Microbiology報(bào)道了中科院海洋所孫超岷課題組關(guān)于深海熱液微生物可利用紅外光進(jìn)行能量合成的研究成果，為發(fā)現(xiàn)新型光能利用機(jī)制和評(píng)估地質(zhì)熱源光對(duì)深海熱液生態(tài)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)提供了理論依據(jù)和研究范例。
長(zhǎng)期以來(lái)，研究人員普遍認(rèn)為深海是一個(gè)黑暗的、由化學(xué)能支撐維系的生態(tài)系統(tǒng)，但越來(lái)越多的證據(jù)表明深海熱液區(qū)，尤其是高溫?zé)焽梵w附近可以發(fā)出以紅外光為主的地質(zhì)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(zhì)光源進(jìn)行特殊“光合作用”或其它未知光能代謝途徑，一直是學(xué)術(shù)界關(guān)注和爭(zhēng)議的焦點(diǎn)，其中也蘊(yùn)含著許多重要科學(xué)問(wèn)題，比如深海微生物是否能夠利用紅外光作為能量來(lái)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(xué)問(wèn)題，孫超岷團(tuán)隊(duì)基于“科學(xué)”號(hào)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(shù)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(lán)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(zhǎng)速度。但基因組測(cè)序表明，該菌株不包含葉綠素合成通路及視紫紅質(zhì)編碼基因，不屬于常見(jiàn)的光能利用類型。結(jié)合蛋白質(zhì)組及其他手段證實(shí)細(xì)菌光敏色素在紅外光促生長(zhǎng)過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，而且紅外光可顯著促進(jìn)該菌株的丙酮酸和丙酸代謝。生理學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)紅外光可促進(jìn)丙酮酸和丙酸向乙酰輔酶A和琥珀酰輔酶A的轉(zhuǎn)變過(guò)程，進(jìn)而顯著增強(qiáng)了三羧酸循環(huán)通路及能量產(chǎn)生，最終促進(jìn)了菌株的快速生長(zhǎng)。該研究成果為認(rèn)知深海微生物的光能利用機(jī)制提供了新的視角，并為深入開展高溫?zé)嵋荷鷳B(tài)系統(tǒng)特殊能量代謝機(jī)制及低能量光能利用研究提供了范例。
中科院實(shí)驗(yàn)海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、大洋協(xié)會(huì)“深海生物資源計(jì)劃”等項(xiàng)目聯(lián)合資助。
紅外光顯著促進(jìn)深海熱液細(xì)菌Croceicoccus marinus OT19的生長(zhǎng)
蛋白質(zhì)組學(xué)揭示紅外光促進(jìn)深海細(xì)菌Croceicoccus marinus OT19丙酮酸和丙酸代謝
紅外光促進(jìn)深海熱液細(xì)菌Croceicoccus marinus OT19生長(zhǎng)模式圖
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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
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