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科学Nature子刊：中国海洋大学张晓华团队发现马里亚纳海沟微生物抵抗高压的新机制( 二 )


科学Nature子刊：中国海洋大学张晓华团队发现马里亚纳海沟微生物抵抗高压的新机制
本文插图
图2 DMSP合成基因在马里亚纳海沟的分布
3. DMSP降解基因的垂直分布
科学Nature子刊：中国海洋大学张晓华团队发现马里亚纳海沟微生物抵抗高压的新机制
本文插图
图3 DMSP降解基因在马里亚纳海沟的分布
4. 微生物分离培养
我们对分离到的210株细菌的DMSP合成能力进行了检测 ， 发现22株细菌可以在实验室条件下合成DMSP ， 主要为α-变形菌纲细菌 。 一些γ-变形菌纲和放线菌纲细菌也可以合成DMSP ， 但通过dsyB或者mmtN的简并引物进行PCR ， 并未得到目的产物 ， 说明它们可能含有新型的DMSP合成基因和/或者通路 。 为了验证深海细菌是否可以在原位环境条件下合成DMSP ， 我们选取了7个深渊菌株 ， 主要为Pseudooceanicola, Roseovarius, Labrenzia 和 Erythrobacter 。 结果发现它们在低温和高压（4°C 和 60 MPa）条件下可以产生DMSP ， 这些细菌在深渊微生物群落中占据0.89-3.39% ， 进一步说明这些细菌是深海DMSP的重要贡献者 。
5. DMSP可以帮助细菌耐受静水压力
由于dysB丰度和表达量随水深的增加而增加 ， 且DMSP降解潜力在深层海水和沉积物中较低 ， 因此我们推测DMSP可能有助于细菌在深海静水压力下生存 。 为了验证这一推测 ， 我们选择了两株分离自马里亚纳海沟8000 m和9600 m的DMSP合成菌株（Pseudooceanicola nanhaiensis ZYF240, Labrenzia Aggregata ZYF612） ， 以及其他两株来自表层海洋的细菌（Pelagibaca bermudensis J526 和 Marinibacterium sp. La6） ， 在不断增加的压力下 ， 其DMSP合成能力显著提高（图2D） 。 为了进一步验证DMSP对细菌在高压下生存的影响 ， 我们敲除了DMSP合成菌株（P. bermudensis J526 和 Marinibacterium sp. La6）的关键基因dsyB 。 压力（60 MPa）培养一段时间后 ， 野生株的存活率显著高于突变株；对突变株回补dsyB基因或者外源添加DMSP ， 其在高压下的存活率得到恢复（图2E） 。 因此 ， 本研究证明了DMSP可以帮助细菌（至少一些海洋细菌）耐受深海高静水压力 。
【科学Nature子刊：中国海洋大学张晓华团队发现马里亚纳海沟微生物抵抗高压的新机制】三、讨论
以往人们认为只有真核生物能够合成DMSP ， 因此有关DMSP的研究主要集中在真光层 。 而海洋细菌也可以合成DMSP的发现 ， 以及关键合成基因的鉴定, 使得评估深海细菌在DMSP合成中的作用成为可能 。 在本研究中 ， 浮游植物可能主导了真光层DMSP的合成 ， 但在深层海水中DMSP合成菌的丰度以及dsyB基因的转录水平均高于真光层 ， 因此 ， 在深层无光的环境中（包括水体和沉积物） ， 细菌可能对DMSP合成的贡献更大（图4） 。 与真光层相比 ， 深海无光层的海水和沉积物在全球海洋中占比更大 ， 鉴于在整个无光层海水中均能检测到DMSP的存在（~1.6 nM） ， 并在沉积物中含量更高 ， 因此 ， 深海无光层的总DMSP含量可能远高于真光层 。 虽然在深层海水中 ， DMSP合成菌和合成基因的丰度最高 ， 并且DMSP降解基因丰度最低 ， 然而深海中DMSP的浓度并没有积累到很高的水平 。 这可能是由于深海的低温高压环境 ， 细菌的生长速率较低 ， 合成DMSP的速度较慢 ， 或者是存在尚未发现的DMS和DMSP转化途径 ， 再或者是深海中存在着尚未发现的DMSP降解酶 。 此外 ， 深海细菌合成的DMSP也有可能被储存用于应对较高的静水压力 ， 我们的实验室数据恰好证实了这一推测 。 总之 ， 本研究对DMS/P合成过程仅发生在透光层的观点提出了挑战 ， 并且认为细菌在深海DMSP合成中具有重要贡献 。 对于未来深海DMSP和DMS的研究来说 ， 应将它们的合成速率和周转率考虑在内 ， 这将有助于更好地理解深海DMSP通量 ， 并最终了解它们在全球海洋中的生态意义 。


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