研究揭示SAR11细菌在海洋营养循环中的关键作用

　　

　　

　　如果你把海洋表面200米以下的所有生物都收集起来，你会发现SAR11细菌，虽然肉眼看不见，但却占了总生物量的五分之一。这些细菌，也被称为Pelagibacterales已经进化到可以在营养贫乏的海洋环境中茁壮成长植物和植物在全球养分循环中起着重要作用。尽管他们是。重要的是，它们对地球生态系统影响背后的机制仍不清楚。

　　但是现在，冲绳科学技术研究所(OIST)的研究人员最近在《自然》杂志上发表的一篇论文揭示了这些细菌的一个关键方面。“我们知道SAR11在重要的营养循环中起着关键作用，比如碳和硫的交换，但我们不知道全部的程度，”该论文的第一作者本·克利夫顿博士解释说，“现在，通过全面绘制细菌的运输蛋白，我们对SAR11如何进入这些循环有了更好的了解。”资深作者保拉·劳里诺(Paola Laurino)教授认为，塔拉海洋项目(Tara Oceans project)等全球海水采样项目提供了宏基因组数据，使这一突破成为可能:“这些数据集使我们能够将基因组数据与蛋白质功能联系起来。”

　　转运蛋白对于将营养物质运进运出细菌细胞至关重要，影响着细菌与环境的相互作用。这对SAR11细菌尤其重要，因为其营养吸收对全球营养循环具有广泛的影响。但是，尽管这些细菌在海洋中数量众多，但由于它们特殊的生长要求，很难对它们进行研究。为了克服这个问题，研究人员对大肠杆菌进行了基因改造，使其表达SAR11转运蛋白，从而使他们能够在实验室中研究这些蛋白质。

　　在SAR11元基因组(所有SAR11物种共有的遗传物质)中分析这些基因需要全球数据，而这是通过广泛的基因组数据库实现的。研究小组发现了与关键海洋过程相关的基因，比如一种与DMSP相互作用的蛋白质，DMSP是一种对硫循环和气候调节至关重要的化合物。他们总共发现了13种转运蛋白，包括DMSP、氨基酸、葡萄糖和牛磺酸的转运蛋白，所有这些转运蛋白都在环境中起着重要作用。

　　“通过这些实验，我们发现了运输蛋白的特定特性，这些特性使SAR11细菌能够在营养贫乏的环境中茁壮成长。这是不可能仅仅从基因组组成中发现的，”克利夫顿博士总结道。然而，该团队对SAR11的研究远未结束。在确定了负责营养物质运输的蛋白质之后，他们现在正在深入研究代谢途径，以了解这些营养物质是如何在细菌中被利用和转化的。此外，在与魏茨曼科学研究所的合作下，他们正在探索SAR11在吸收营养之前是如何与环境相互作用的。

　　这项研究是将环境DNA与蛋白质功能联系起来的一个日益增长的趋势的一部分，为微观生命形式如何影响全球过程的新发现铺平了道路。正如劳里诺教授所说，“通过连接海洋多样性的宏观视角和蛋白质生物化学的微观视角，我们正在为进一步的问题奠定基础，这些问题包括细菌蛋白质如何适应全球营养循环，以及这些细菌如何促进气候变化和海洋生物多样性的变化，并受其影响。”