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海洋所在認知嗜鹽古菌特殊的耐鹽機理研究上取得新進展

  近日,中科院海洋所在詮釋嗜鹽古菌特殊的甘氨酸甜菜堿代謝途徑、認知耐高鹽滲透保護機制與起源進化研究上取得進展,相關研究成果發表在學術期刊GENE上。  

  嗜鹽古菌是介于原核與真核生物之間、專性生活在3-8倍高鹽度環境中的特殊微生物類群。盡管很早就已明確嗜鹽古菌通過轉運蛋白,可從胞外攝取積累相容性有機物質(如甘氨酸甜菜堿等),通常認為甘氨酸甜菜堿是其適應高鹽度不可或缺的重要滲透性保護策略。然而,關于嗜鹽古菌甘氨酸甜菜堿從頭生物合成途徑、在此類嗜鹽菌中的分布、起源和演化等問題并不清晰。 

  中科院海洋所劉建國研究員團隊采用一株從高鹽水體中分離的嗜鹽古菌(編號2020YC2),結合基因組、轉錄組、代謝組學和生理生化研究發現:該菌株具備完整的膽堿氧化途徑,可從頭合成甘氨酸甜菜堿;其合成底物源于絲氨酸,經膽堿氧化途徑產生;當葡萄糖作為唯一碳源時,絲氨酸由糖酵解中間代謝產物3-磷酸甘油酸轉化而來;甘氨酸甜菜堿合成積累量受外界鹽度的調節,隨著鹽度升高而增加;然而,當外界存在其它相容性有機物質海藻糖時,該嗜鹽古菌的胞內甘氨酸甜菜堿的含量并不隨外界鹽度的改變呈明顯的增減變化。

 

1. 嗜鹽古菌甘氨酸甜菜堿生物合成途徑 

  匯總篩查嗜鹽菌目中205個明確基因組的嗜鹽菌相關信息發現:膽堿氧化途徑存在于13個嗜鹽菌屬中,僅占分析物種總數的14.63%,并且不同菌屬來源的編碼膽堿氧化途徑的基因具有高度相似性(52.83-84.62%)。深度剖析其系統發育親緣關系揭示:嗜鹽古菌可能起源于產甲烷桿菌,其膽堿氧化途徑卻源于嗜鹽變形菌,隨后在某些物種的演化中得以完整保留,但在大多數嗜鹽古菌物種的進化過程中發生基因遺失事件。 

  上述結果意味著膽堿氧化途徑只是某些嗜鹽古菌的一種重要輔助性滲透保護策略,而非不可或缺的決定著整個嗜鹽菌目類群特殊耐鹽的首要因素。 

  海洋所楊娜博士為研究論文的第一作者,劉建國研究員為通訊作者。研究獲得青島海洋科學與技術試點國家實驗室項目和中國科學院戰略先導B專項資助。  

  論文信息:  

  Yanga Na, Ding Runting, Liu Jianguo, 2022, Synthesizing glycine betaine via choline oxidation pathway as an osmoprotectant strategy in Haloferacales. Gene, 847:146886.   

  https://doi.org/10.1016/j.gene.2022.146886 


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