《惊奇的发现,一种3合1微生物颠覆了教科书》

  • 来源专题:生物育种
  • 编译者: 季雪婧
  • 发布时间:2023-11-10
  •     对环境相关微生物的研究显示出比以前认为的更大的多样性。硫酸盐还原微生物的物种多样性极高。硫酸盐还原剂现在被发现在总共27门细菌和古细菌中,而不是以前所知的6门。一组研究人员表明,自然界中与环境相关的微生物的生物多样性非常高。这种多样性至少是以前所知的4.5倍。研究人员最近两本杂志,Nature Communications和FEMS Microbiology Reviews.上发表了他们的研究。

        尽管许多与气候相关的过程受到微生物的影响,但隐藏的微生物世界往往被忽视,而这些过程往往与细菌和古细菌(“原始细菌”)群体中令人难以置信的物种多样性有关。例如,硫酸盐还原微生物将海洋沉积物中三分之一的有机碳转化为二氧化碳。这会产生有毒的硫化氢。从积极的方面来看,硫氧化微生物很快就把它作为能量来源,使它变得无害。

        “这些过程在湖泊、沼泽甚至人类肠道中也发挥着重要作用,以保持自然和健康的平衡,”莱布尼茨研究所(DSMZ)微生物系主任、Technische微生物研究所教授Michael Pester说。一项研究更详细地检查了其中一种新型微生物的代谢,揭示了以前无法实现的多功能性。硫循环的临界平衡硫循环是地球上最重要、最古老的生物地球化学循环之一。同时,它与碳和氮循环密切相关,强调了它的重要性。它主要是由硫酸盐还原和硫氧化微生物驱动的。在全球范围内,硫酸盐还原剂每年转化约三分之一到达海底的有机碳。作为回报,硫氧化剂消耗了海洋沉积物中大约四分之一的氧气。

        当这些生态系统变得不平衡时,这些微生物的活动会迅速导致氧气消耗和有毒硫化氢的积累。这导致了“死区”的形成,在那里动物和植物无法再生存。这不仅会造成经济损失,例如渔业,而且还会破坏当地重要的娱乐场所,从而造成社会损害。因此,了解哪些微生物保持硫循环平衡以及它们如何做到这一点是很重要的。

    已发表的结果表明,硫酸盐还原微生物的物种多样性至少包括27门(菌株)。在此之前,人们只知道6个门。相比之下,目前已知的动物界有40门,脊椎动物只属于脊索动物这一门。

  • 原文来源:https://www.ebiotrade.com/newsf/2023-11/20231107070832430.htm
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  • 《微生物研究所东秀珠团队发现古菌转录终止机制》

    • 来源专题:生物安全知识资源中心—领域情报网
    • 编译者:hujm
    • 发布时间:2022-01-05
    •  古菌是有别于细菌和真核生物的第三种生命形式,它们具有细菌样的细胞形式,却使用真核生物样的遗传信息传递机器。由于古菌的发现和作为一个独立的生命域的确立晚于细菌和真核生物,而且它们多属于极端微生物,对其生物学过程及遗传机制认识较少。转录终止是重要的生物学过程,该过程界定一个转录子的3′端及其正确的结构,以保证储存在DNA中的遗传信息正确传递。转录终止的缺陷将导致转录组表达紊乱、基因表达调控失调、及生物大分子机器间的碰撞而导致染色体断裂等。因此,国际上对细菌和真核生物的转录终止机制进行了深入研究,但对于古菌的转录终止过程与机制仍所知甚少。   中国科学院微生物研究所东秀珠团队多年来致力于自然界中分布最广泛、种类最丰富的古菌类群——甲烷古菌的生理代谢及环境适应机制研究。该团队的李洁博士领导的研究小组经过10余年研究,发现模式甲烷古菌中组学水平的mRNA加工现象,改变了过去认为原核生物“mRNA不加工”的认知,揭示了古菌的核糖体蛋白合成和组装的转录后调控机制(Nucleic Acids Res,2017);发现mRNA加工对甲烷古菌的低温适应重要(Environ Microbiol, 2021),并揭示了相关核酸酶的工作机制(RNA Biol 2020;Mol Microbiol,2017);发现首个古菌的冷休克蛋白及其RNA伴侣蛋白功能(PLoS Genet,2019; Front Microbiol, 2017)。近期,该研究小组更是通过近6年的系统研究,报道了在古菌中寻找了近40年的全局转录终止因子-核酸内切酶aCPSF1,揭示了aCPSF1通过切割RNA 3′端而介导古菌转录终止的工作模式-真核生物RNA聚合酶II相似的转录终止模式,为“古菌是真核生物的进化起源”提供了新的遗传学证据。aCPSF1广泛分布于所有古菌中,而且亲缘关系甚远的奇古菌及Asgard古菌的aCPSF1在甲烷古菌中也发挥转录终止功能,说明古菌广泛采用aCPSF1依赖的转录终止模式。研究结果发表在Nucleic Acids Res(2020)。与黄力研究员研究组郑小伟博士合作,研究小组发现aCPSF1蛋白是古菌的新的系统发育分子标识,可用于古菌的分类学研究。古菌的aCPSF1分类系统具有比16S rRNA高的分辨率,又避免了目前采用的基因组系统发育分析中耗时长的问题。研究结果发表在Microbiology Spectrum(2021)上。  在上述工作基础上,研究小组采用新发展的RNA 3′端测序技术,并结合体外生化和体内遗传学实验,证明了终止因子aCPSF1特异识别的终止子信号-3′端的U-tract序列,并发现aCPSF1依赖其N端KH结构域特异性识别终止子信号,并依赖其核酸酶功能域完成mRNA 3′端的切割从而介导古菌的高效终止。由此发现显著区别于细菌,在古菌中,转录终止因子aCPSF1 (反式作用蛋白)与终止子U-tract序列(顺式元件)共协同控制高效转录终止效率;且该发现进一步表明尽管古菌采用真核样的转录终止模式,但其转录终止模式应是真核生物转录终止的初生并简化版本。该结果于12月30日在eLife在线发表。副研究员李洁、博士生岳雷和硕士生李志华为论文的并列第一作者,东秀珠研究员和李洁副研究员为共同通讯作者;研究工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的经费支持。      相关论文链接:   https://academic.oup.com/nar/article/48/17/9589/5898609   https://elifesciences.org/articles/70464   https://journals.asm.org/doi/10.1128/spectrum.01539-21
  • 《微生物所发现真菌合成黄酮柚皮素的新途径》

    • 来源专题:转基因生物新品种培育
    • 编译者:姜丽华
    • 发布时间:2022-12-07
    •   黄酮是一类主要由植物产生的多酚类化合物,在工业、食品和制药行业应用广泛。柚皮素作为一种平台化合物,是合成黄酮类化合物的关键步骤。在植物和细菌中,以对香豆酸(p-CA)为前体,经对香豆酰辅酶A连接酶(4CL)和III型聚酮合酶查尔酮合酶(CHS)催化生成柚皮素查尔酮,而后在查尔酮异构酶催化或pH改变自发异构化生成柚皮素。真菌中曾报道黄酮类化合物的产生,但其合成酶和途径鲜有报道。   近日,中国科学院微生物研究所尹文兵研究组利用靶向基因组挖掘策略,在植物内生真菌中发现了一个不同于常规途径黄酮柚皮素合成酶。该酶具有独特结构域组成(A-T-KS-AT-DH-KR-ACP-TE),是一个NPRS-PKS杂合酶,被鉴定为FnsA。研究通过异源表达、底物饲喂实验和体外酶促反应,证实了FnsA以游离的芳香酸(对香豆酸和对羟基苯甲酸)为底物,直接催化形成柚皮素。FnsA KS结构域系统进化分析表明,FnsAPKS属于I型PKS,不同于传统的III型PKS(CHS)。   鉴于FnsA催化柚皮素合成的新颖性,科研人员利用fnsA一个酶在酿酒酵母合成柚皮素,并以此基础从头构建了植物黄酮异鼠李素和金合欢素的生物合成途径。该研究证实了FnsA是一种新型的真菌柚皮素合酶,不同于传统的柚皮素合成途径,FnsA能催化对香豆酸或对羟基苯甲酸直接合成柚皮素。该研究通过工程fnsA从头合成植物黄酮异鼠李素和金合欢素,为微生物高效生产黄酮类化合物提供新策略。   相关研究成果以A fungal NRPS-PKS enzyme catalyses the formation of the flavonoid naringenin为题,发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院基础前沿科学研究计划“从0到1”原始创新项目、中国科学院战略生物资源计划及中国博士后科学基金的支持。   尹文兵研究组长期致力于次级代谢产物产生的机理和合成调控机制研究,揭示真核微生物次级代谢产物产生的分子机理、生物合成途径和基因调控机制,为新活性化合物的发现提供新技术和新策略。