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  近日，美國科學(xué)院院刊PNAS在線發(fā)表了由上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院、微生物代謝國家重點實驗室王風平教授團隊的研究成果“Growth of sedimentary Bathyarchaeota on lignin as an energy source”。該研究發(fā)現(xiàn)了一種新的木質(zhì)素降解菌—— “深古菌”門的類群Bathy-8，它是海洋沉積物中的重要古菌，在海洋碳循環(huán)過程中發(fā)揮重要作用。王風平教授為通訊作者，上海交通大學(xué)博士余甜甜和德國不來梅大學(xué)博士吳偉超為文章的共同第一作者。

  木質(zhì)素是一類復(fù)雜的交聯(lián)酚類聚合物，自然界中豐度僅次于纖維素，為位居第二的有機物。海洋沉積物是地球上最大的有機碳庫，以木質(zhì)素、纖維素、半纖維素為主的結(jié)構(gòu)性聚合物是陸源有機質(zhì)的重要組成成分，約占海洋埋藏有機質(zhì)的三分之一，因此，木質(zhì)素的厭氧降解被認為是全球碳循環(huán)的重要過程之一。在上世紀80年代已有海洋沉積物中微生物厭氧降解木質(zhì)素的相關(guān)報道，但參與代謝的微生物種類及過程卻仍然未知�！吧罟啪保˙athyarchaeota) 是海洋沉積物中最豐富和活躍的一大類古菌，是地球上數(shù)量最豐富的微生物之一。目前通過已獲取的宏基因組信息推測表明，“深古菌”具有多種代謝潛能，如自養(yǎng)產(chǎn)乙酸、產(chǎn)甲烷和發(fā)酵等，但由于“深古菌”細胞生長異常緩慢等原因，至今尚未實現(xiàn)在實驗室進行培養(yǎng)，因此缺少進一步的直接證據(jù)。

  研究團隊長期致力于古菌生物地質(zhì)學(xué)和地球化學(xué)功能研究，在深部古菌研究中取得了一系列創(chuàng)新性成果，包括如發(fā)現(xiàn)并命名了“深古菌”新門（ISME J 2014），成功解析了“深古菌”部分類群的獨特代謝形式（Nat Microbiol 2016）等。本次與德國不來梅大學(xué)和瑞士聯(lián)邦技術(shù)研究院合作，在前期獲得的基因組信息基礎(chǔ)上，通過添加不同類型有機質(zhì)包括脂肪酸類（油酸）、蛋白質(zhì)類（酪蛋白）、芳香族化合物單體（苯酚）、芳香族化合物多聚體（木質(zhì)素）和結(jié)構(gòu)性碳水化合物（纖維素）對“深古菌”進行了富集培養(yǎng)。結(jié)果表明，只有添加了木質(zhì)素的培養(yǎng)環(huán)境能夠促進“深古菌”的生長，生長代時約為2-3個月，同時，“深古菌”還將無機碳吸收到了細胞膜脂中。該項研究首次實現(xiàn)了“深古菌”的實驗室富集生長，表明“深古菌”具有有機自養(yǎng)的代謝特征，即“深古菌”可以利用木質(zhì)素為能源、無機碳為碳源進行代謝生長（圖示）。

深古菌Bathyarchaeota是海洋沉積物中木質(zhì)素降解者，在地球碳循環(huán)過程中發(fā)揮了重要作用

  該項研究首次證實“深古菌”是海洋沉積物中木質(zhì)素降解的重要參與者，從新的角度認識了木質(zhì)素在自然界的循環(huán)過程和機制，為深入理解海洋碳循環(huán)機制做出了貢獻。同時，“深古菌”可降解木質(zhì)素的發(fā)現(xiàn)將為植物難降解生物質(zhì)的利用和綠色能源生產(chǎn)提供新的思路和途徑。

  該項工作得到國家重點研發(fā)專項（2016YFA0601102）, 國家自然科學(xué)基金（41525011，91751205, 91428308）的支持。

  論文鏈接：http://www.pnas.org/content/early/2018/05/16/1718854115