近日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊mSystems刊發(fā)了題為“A deep sea bacterium senses blue light via a BLUF dependent pathway”的文章，報(bào)道了中國(guó)科學(xué)院海洋研究所孫超岷課題組關(guān)于深海冷泉非光合細(xì)菌通過(guò)藍(lán)光感受蛋白感知藍(lán)光并激發(fā)能量合成的研究成果，為深海微生物能感知并利用光能提供了又一例證。
眾所周知，萬(wàn)物生長(zhǎng)靠太陽(yáng)，大量研究也證實(shí)了真光層生物的生長(zhǎng)或多或少的都會(huì)受到光的影響。但對(duì)于深海生境，長(zhǎng)期以來(lái)，研究人員普遍認(rèn)為是一個(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，不僅深海熱液區(qū)，其它深海生境（如冷泉）也存在不同形式地質(zhì)光或生物發(fā)光。研究表明，有接近80%的深海動(dòng)物能夠發(fā)光，發(fā)光形式以藍(lán)光為主。很多微生物學(xué)家也一直在探究深海微生物是否能夠感受乃至利用藍(lán)光或其它波長(zhǎng)的光。但受制于深海樣品采集的難度以及深海微生物的難培養(yǎng)特性，上述問(wèn)題一直沒(méi)有得到有效解決。
圍繞如上科學(xué)問(wèn)題，孫超岷研究團(tuán)隊(duì)基于“科學(xué)”號(hào)2017年從我國(guó)南海深海海域一處冷泉噴口附近采集的沉積物，采用藍(lán)光富集培養(yǎng)技術(shù)從沉積物樣品中獲得了一株海綿桿菌。研究發(fā)現(xiàn)，相比于其它類型的光，該菌株在藍(lán)光（470 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。蛋白質(zhì)組結(jié)果表明，該細(xì)菌藍(lán)光感受蛋白BLUF在感受藍(lán)光過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，研究人員通過(guò)分子遺傳學(xué)手段把編碼BLUF的基因敲除掉，發(fā)現(xiàn)該細(xì)菌感知藍(lán)光的能力明顯減弱，進(jìn)一步驗(yàn)證了蛋白組的結(jié)果；與體內(nèi)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果一致，體外表達(dá)的藍(lán)光蛋白也顯示了明顯的藍(lán)光感受活性。以上蛋白組學(xué)、遺傳學(xué)及生物化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合證實(shí)了藍(lán)光感受蛋白BLUF介導(dǎo)了深海細(xì)菌對(duì)藍(lán)光的感知，并進(jìn)一步激活了乙酰輔酶A的合成通路，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)。值得注意的是，藍(lán)光感受器BLUF的同源蛋白廣泛分布于深海微生物中，表明了很多深海來(lái)源的微生物也能通過(guò)類似的途徑感受并利用藍(lán)光，也提示微生物學(xué)家在今后的研究中需要考慮微生物介導(dǎo)的光能代謝對(duì)深海生態(tài)系統(tǒng)能量循環(huán)的貢獻(xiàn)。
蛋白組學(xué)手段揭示BLUF是深海細(xì)菌感知藍(lán)光及激活能量合成的關(guān)鍵因子
傳學(xué)手段證實(shí)BLUF是深海細(xì)菌感知藍(lán)光及激活能量合成的關(guān)鍵因子
體外表達(dá)手段證實(shí)BLUF具有感知藍(lán)光的活性
BLUF介導(dǎo)深海細(xì)菌感知藍(lán)光及激活能量合成通路圖
實(shí)驗(yàn)海洋生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生單業(yè)奇為第一作者，孫超岷研究員為通訊作者。研究得到了中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、中科院海洋大科學(xué)中心前沿重點(diǎn)部署等項(xiàng)目聯(lián)合資助。
相關(guān)論文：
Yeqi Shan, Ge Liu, Ruining Cai, Rui Liu, Rikuan Zheng, Chaomin Sun*. A deep-sea bacterium senses blue light via a BLUF-dependent pathway. mSystems, 2022, 7(1): e01279-21. Doi: 10.1128/msystems.01279-21.
論文鏈接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/msystems.01279-21.
