6月11日，中國海洋大學海洋生命學院和深海圈層與地球系統(tǒng)前沿科學中心張曉華教授團隊在微生物學頂尖期刊Nature Microbiology上在線發(fā)表了題為“Alternative
dimethylsulfoniopropionate biosynthesis enzymes present
in diverse and abundant microbes”（在微型生物中廣泛存在的新型DMSP合成酶）的最新研究成果。
二甲基巰基丙酸內鹽（DMSP）是地球上最豐富的有機硫分子之一。在海洋中，微生物及藻類裂解DMSP產(chǎn)生的二甲基硫（DMS），溢出到大氣后，經(jīng)光氧化反應形成硫氧化物顆粒，后者可作為云凝結核促進云的形成，減弱太陽光輻射至地表的強度，起到“冷室氣體”的效果，對全球氣候變暖產(chǎn)生負調控作用。這些硫氧化物進一步通過大氣環(huán)流、降水等物理過程從大氣轉移至陸地，然后通過河流返回海洋，實現(xiàn)海洋、大氣和陸地之間硫元素的循環(huán)流轉。因此，DMSP和DMS在全球硫循環(huán)和氣候變化中發(fā)揮著至關重要的作用。然而，目前關于合成DMSP的生物類群及其合成機制尚不完全清楚，限制了我們對全球硫循環(huán)和氣候變化的理解。
該項研究利用分子生物學等手段從鹽沼植物的根際細菌中鑒定出了一種新型雙結構域的DMSP合成酶DsyGD，具有甲基轉移酶結構域DsyG和脫羧酶結構域DsyD，通過甲基轉移和脫羧作用將DMSP轉氨基通路的中間產(chǎn)物催化合成DMSP。進一步對678個藻類的轉錄組進行分析，發(fā)現(xiàn)多種藻類中含有與DsyG親緣關系較遠的蛋白，被命名為DSYE。DSYE同樣具有催化轉氨基通路的中間產(chǎn)物合成DMSP的活性，并且DSYE編碼基因的全球豐度超過了先前已知的藻類DMSP合成基因。藻類培養(yǎng)實驗也證明了這些含有DSYE的藻類能夠合成高濃度的DMSP，而此前未有報道這些藻類具有DMSP合成能力。這些新發(fā)現(xiàn)的DMSP合成藻類在全球廣泛分布，其中抑食金藻（Aureococcus anophagefferens）是我國近幾年褐潮暴發(fā)的主要浮游微藻，為海洋生態(tài)系統(tǒng)貢獻了大量的DMSP。該項研究極大地擴充了DMSP合成微型生物的種類，強調了含DSYE的藻類在海洋硫循環(huán)中的重要性。
海洋細菌及浮游藻類中新型DMSP合成酶的發(fā)現(xiàn)表明，海洋微型生物在驅動全球硫循環(huán)和調節(jié)氣候變化方面的作用被嚴重低估。這些新型DMSP合成基因可以作為生物合成DMSP的報告基因，對海洋環(huán)境中DMSP的來源、分布以及海洋微型生物在其中的貢獻進行重新評估，對深入理解全球硫循環(huán)和氣候變化有重要科學意義。
該研究是張曉華教授團隊繼首次發(fā)現(xiàn)海洋細菌能夠合成DMSP并鑒定出其關鍵基因dsyB（Nature Microbiology,2017,2:e17009）以及細菌是深海無光和高壓環(huán)境下的重要DMSP生產(chǎn)者（Nature Communications,2020,11:4658）的研究之后，在微型生物合成DMSP并驅動海洋硫循環(huán)的又一重要標志性成果。
張曉華教授與英國東英吉利大學Jonathan D.Todd教授為共同通訊作者。第一作者為張曉華教授的博士畢業(yè)生王金燕（現(xiàn)就職于本校海洋化學理論與工程技術教育部重點實驗室博士后）。該項工作同時得到了波爾圖大學、青島農(nóng)業(yè)大學及山東大學的大力支持，充分彰顯了學科交叉與國際合作的重要性。
本研究工作獲得了國家自然科學基金委“水圈微生物驅動地球元素循環(huán)的機制”重大研究計劃集成項目（92251303）、中國海洋大學中央高校基本科研業(yè)務費（202172002）等項目的資助。
圖1 DMSP合成基因、通路、合成物種多樣性及全球分布
圖2 張曉華教授（左一）和本文第一作者王金燕博士（右一）
通訊員：王金燕
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41564-024-01715-9
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