中國海洋大學張曉華教授團隊深淵微生物DMSP研究重要成果

2020年9月16日，中國海洋大學海洋生命學院張曉華教授團隊在國際著名綜合性學術期刊Nature Communications上在線發表了題為「Bacteria are important dimethylsulfoniopropionate producers in marine aphotic and high-pressure environments」（細菌是深海無光和高壓環境下的重要DMSP生產者）的最新研究成果。

該研究是張曉華教授團隊繼發現海洋細菌能夠合成DMSP並鑑定其關鍵基因（Nature Microbiology, 2017,2:e17009）之後，在海洋細菌驅動硫循環方面取得的又一重要標誌性成果。該研究也是在前期發現烴類降解菌在馬裡亞納海溝底層水的勃發（Liu et al. Microbiome,2019,7:47）和馬裡亞納海溝深層水體關鍵氮循環參與者及生產者的代謝及適應機制（Zhong et al. Microbiome,2020,8:78）後，研究團隊在深淵海溝生命過程方面取得的又一項重要成果。

張曉華教授是該項成果的通訊作者，英國東英吉利大學Jonathan D. Todd教授為共同通訊作者。第一作者是張曉華教授的博士生鄭豔芬（現就職於中國農業科學院菸草研究所），在讀博士生王金燕為共同第一作者。該項工作同時得到了學校化學化工學院與中國科學院海洋研究所的大力支持，彰顯出學科交叉與國際合作的重要性。

二甲基巰基丙酸內鹽（dimethylsulphoniopropionate, DMSP）是地球上最豐富的有機硫分子之一，也是「冷室氣體」二甲基硫（dimethyl sulphide, DMS）的最主要前體物質，在氣候變化和全球硫循環中均扮演著重要角色。以前普遍認為生存於真光層的浮遊微藻、大型藻類等真核生物才能合成DMSP，使得DMSP相關研究主要集中在上層海洋環境。課題組前期研究發現海洋異養細菌也可以合成DMSP，因此黑暗無光的深海環境中DMSP的產量、分布和環境效應亟需研究。在該項工作中，研究團隊以馬裡亞納海溝為研究對象，對水體和沉積物中DMSP濃度的垂直變化，以及DMSP產生和降解細菌的豐度、多樣性及與環境因子的相關性進行了研究。研究結果表明，DMSP產生菌的豐度隨水深增加而增加，在深海沉積物中達到最大值；而DMSP降解菌則呈相反趨勢，暗示DMSP可能對深海微生物具有壓力保護作用。研究團隊進一步發現，細菌菌株在高壓條件下的DMSP產量得到提高，且敲除DMSP合成基因可顯著降低菌株在高壓條件下的存活率，外源添加DMSP後菌株存活率得到恢復。該研究首次發現並證實DMSP在壓力保護方面的新功能，指出異養細菌是深海海水和沉積物中DMSP的重要生產者，揭示了細菌參與深海硫循環的新過程機制。研究結果為重新估算全球DMSP的產量、通量及其氣候效應提供了依據，對深入理解深海細菌在硫循環中的作用有著重要科學意義。

本研究工作獲得了國家自然科學基金委「水圈微生物驅動地球元素循環的機制」重大研究計劃重點支持項目、國家重點研發計劃等項目資助。

文章來源: 中國海洋大學 海洋生命學院 劉吉文