中科院微生物所东秀珠团队在冰川低温细菌研究领域取得新进展

冰川一直是极端微生物学研究领域的热点环境，其中蕴藏着丰富的低温微生物，冰川生态环境赋予了冰川微生物物种、遗传和代谢的多样性。冰川微生物是发现新材料、新基因、新机制和新功能的理想资源。微生物所菌保中心辛玉华正高级工程师等人多年来致力于冰川低温细菌资源的收集保藏、系统进化和生态适应机制研究，积累了我国11条冰川来源的低温细菌菌种4000余株，在中国普通微生物菌种保藏管理中心建立了我国特色的冰川低温细菌菌种资源库。

在中科院微生物所东秀珠研究员带领下，开展了对47株冰川黄杆菌(Flavobacterium)的多组学研究，基因组分析发现其中37株含有变形菌视紫红质(proteorhodopsin, PR)基因，另外10株不含PR基因。PR蛋白是光驱动的跨膜质子泵，偶联一个视黄醛分子，能够接受光能，将质子从胞内泵到胞外，在细胞膜两侧形成电势能梯度，将光能转变为ATP。

目前，国际上普遍认为PR决定了黄杆菌的光促生长表型。然而，光照生长实验发现无论是携带PR基因、缺失PR基因以及人工构建的PR缺失株，冰川黄杆菌均表现出光促生长特性。通过比较基因组学、转录组和表型实验等分析发现，在低氧、寡营养等状态下，冰川黄杆菌的光促生长表型与玉米黄质等色素合成相关，含玉米黄质、番茄红素等β-类胡萝卜素的冰川黄杆菌可以为其提供光保护、维持低温下细胞膜功能等作用，而仅含有黄色素的冰川黄杆菌无法在光照条件下生长。

该研究发现了PR可能并非国际上一直以来普遍认为的光促生长关键基因，可能存在新的光/氧调控机制。高山冰川一般位于高海拔地区，表层光照辐射强度大，冰川表层存在可以利用光能的细菌、蓝细菌及藻类等。该研究首次发现，冰川表层优势的非光合细菌在低氧、光照条件下生长速率显著提高，揭示了光照对冰川表层生态系统具有非常重要的影响，发现玉米黄质等色素在冰川环境重要的生态意义，可能影响了黄杆菌在冰川表层环境的适应和种群扩散。

相关研究结果于2021年1月15日，以“Light stimulates anoxic andoligotrophic growth of glacialFlavobacteriumstrains that producezeaxanthin”为题在国际主流期刊ISME Journal杂志发表。

中国科学院微生物研究所东秀珠研究员、辛玉华正高级工程师和周宇光正高级工程师为论文的共同通讯作者，刘庆高级工程师、李伟助理研究员、中科院武汉病毒所刘翟研究员为共同第一作者。该研究是继菌保中心在冰川稀有类群Cryobacterium耐低温适应性进化机制的发现后，又一重要进展(Liuet al., 2020)，得到了国家自然科学基金委重大研究计划和面上项目的支持。

1) Liu Qing#, Li Wei#, Liu Di#,Li lingyan, Li Jie, Lv Na, Liu Fei, Zhu Baoli, Zhou Yuguang*, Xin Yuhua*, DongXiuzhu* (2021).Light stimulates anoxic and oligotrophicgrowth of glacialFlavobacteriumstrains that produce zeaxanthin.ISMEJ.

2) Liu Qing, Song Weizhi, ZhouYuguang, Dong Xiuzhu*, Xin Yuhua*. (2020).Phenotypic divergence of thermotolerance:Molecular basis and cold adaptive evolution related to intrinsic DNAflexibility of glacier-inhabitingCryobacteriumstrains.Environ Microbiol22, 1409-1420.

来源：中国生物技术网