本站訊 6月11日，中國海洋大學(xué)海洋生命學(xué)院和深海圈層與地球系統(tǒng)前沿科學(xué)中心張曉華教授團(tuán)隊(duì)在微生物學(xué)頂尖期刊Nature Microbiology上在線發(fā)表了題為“Alternative dimethylsulfoniopropionate biosynthesis enzymes present in diverse and abundant microbes”（在微型生物中廣泛存在的新型DMSP合成酶）的最新研究成果。
二甲基巰基丙酸內(nèi)鹽（DMSP）是地球上最豐富的有機(jī)硫分子之一。在海洋中，微生物及藻類裂解DMSP產(chǎn)生的二甲基硫（DMS），溢出到大氣后，經(jīng)光氧化反應(yīng)形成硫氧化物顆粒，后者可作為云凝結(jié)核促進(jìn)云的形成，減弱太陽光輻射至地表的強(qiáng)度，起到“冷室氣體”的效果，對全球氣候變暖產(chǎn)生負(fù)調(diào)控作用。這些硫氧化物進(jìn)一步通過大氣環(huán)流、降水等物理過程從大氣轉(zhuǎn)移至陸地，然后通過河流返回海洋，實(shí)現(xiàn)海洋、大氣和陸地之間硫元素的循環(huán)流轉(zhuǎn)。因此，DMSP和DMS在全球硫循環(huán)和氣候變化中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而，目前關(guān)于合成DMSP的生物類群及其合成機(jī)制尚不完全清楚，限制了我們對全球硫循環(huán)和氣候變化的理解。
該項(xiàng)研究利用分子生物學(xué)等手段從鹽沼植物的根際細(xì)菌中鑒定出了一種新型雙結(jié)構(gòu)域的DMSP合成酶DsyGD，具有甲基轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域DsyG和脫羧酶結(jié)構(gòu)域DsyD，通過甲基轉(zhuǎn)移和脫羧作用將DMSP轉(zhuǎn)氨基通路的中間產(chǎn)物催化合成DMSP。進(jìn)一步對678個藻類的轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)多種藻類中含有與DsyG親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的蛋白，被命名為DSYE。DSYE同樣具有催化轉(zhuǎn)氨基通路的中間產(chǎn)物合成DMSP的活性，并且DSYE編碼基因的全球豐度超過了先前已知的藻類DMSP合成基因。藻類培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)也證明了這些含有DSYE的藻類能夠合成高濃度的DMSP，而此前未有報道這些藻類具有DMSP合成能力。這些新發(fā)現(xiàn)的DMSP合成藻類在全球廣泛分布，其中抑食金藻（Aureococcus anophagefferens）是我國近幾年褐潮暴發(fā)的主要浮游微藻，為海洋生態(tài)系統(tǒng)貢獻(xiàn)了大量的DMSP。該項(xiàng)研究極大地擴(kuò)充了DMSP合成微型生物的種類，強(qiáng)調(diào)了含DSYE的藻類在海洋硫循環(huán)中的重要性。
海洋細(xì)菌及浮游藻類中新型DMSP合成酶的發(fā)現(xiàn)表明，海洋微型生物在驅(qū)動全球硫循環(huán)和調(diào)節(jié)氣候變化方面的作用被嚴(yán)重低估。這些新型DMSP合成基因可以作為生物合成DMSP的報告基因，對海洋環(huán)境中DMSP的來源、分布以及海洋微型生物在其中的貢獻(xiàn)進(jìn)行重新評估，對深入理解全球硫循環(huán)和氣候變化有重要科學(xué)意義。
該研究是張曉華教授團(tuán)隊(duì)繼首次發(fā)現(xiàn)海洋細(xì)菌能夠合成DMSP并鑒定出其關(guān)鍵基因dsyB（Nature Microbiology, 2017, 2: e17009）以及細(xì)菌是深海無光和高壓環(huán)境下的重要DMSP生產(chǎn)者（Nature Communications, 2020, 11: 4658）的研究之后，在微型生物合成DMSP并驅(qū)動海洋硫循環(huán)的又一重要標(biāo)志性成果。
張曉華教授與英國東英吉利大學(xué)Jonathan D. Todd教授為共同通訊作者。第一作者為張曉華教授的博士畢業(yè)生王金燕（現(xiàn)就職于本校海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士后）。該項(xiàng)工作同時得到了波爾圖大學(xué)、青島農(nóng)業(yè)大學(xué)及山東大學(xué)的大力支持，充分彰顯了學(xué)科交叉與國際合作的重要性。
本研究工作獲得了國家自然科學(xué)基金委“水圈微生物驅(qū)動地球元素循環(huán)的機(jī)制”重大研究計劃集成項(xiàng)目（92251303）、中國海洋大學(xué)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)（202172002）等項(xiàng)目的資助。
圖1 DMSP合成基因、通路、合成物種多樣性及全球分布
圖2 張曉華教授（左一）和本文第一作者王金燕博士（右一）
通訊員：王金燕
編輯：趙奚赟
責(zé)任編輯：李華昌
