8月28日，中國(guó)海洋大學(xué)海洋生命學(xué)院、深海圈層與地球系統(tǒng)前沿科學(xué)中心和海洋生物多樣性與進(jìn)化研究所張曉華教授團(tuán)隊(duì)在微生物學(xué)頂尖期刊Nature Microbiology上在線發(fā)表了題為“An S-methyltransferase that produces the climate-active gas dimethylsulfide is widespread across diverse marine bacteria”（一種產(chǎn)生冷室氣體二甲基硫的甲基轉(zhuǎn)移酶廣泛存在于多種海洋細(xì)菌中）的最新研究成果。
二甲基硫（dimethylsulfide，DMS）是海洋中主要的揮發(fā)性硫化物，在全球硫循環(huán)中占據(jù)重要地位。其氧化產(chǎn)物可作為云凝結(jié)核促進(jìn)云的形成，減弱太陽(yáng)光輻射至地表的強(qiáng)度，起到“冷室氣體”的效果，對(duì)全球氣候變暖產(chǎn)生負(fù)調(diào)控作用。海洋中DMS的主要生物來(lái)源被認(rèn)為是二甲基巰基丙酸內(nèi)鹽（dimethylsulfoniopropionate，DMSP）的裂解。此外，甲硫醇和硫化氫的甲基化也能夠產(chǎn)生DMS，但介導(dǎo)這一過(guò)程的關(guān)鍵酶甲基轉(zhuǎn)移酶MddA主要存在于陸地環(huán)境中，在DMS大量產(chǎn)生的海洋環(huán)境中豐度極低，因此長(zhǎng)期以來(lái)，海洋環(huán)境中該途徑對(duì)于DMS產(chǎn)生的貢獻(xiàn)往往被忽略。
基于以上背景，張曉華教授團(tuán)隊(duì)的研究通過(guò)比較基因組學(xué)、基因敲除等方法，發(fā)現(xiàn)并鑒定了存在于海洋鹽單胞菌中的一種全新的甲基轉(zhuǎn)移酶MddH，對(duì)其酶動(dòng)力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了全面表征。該酶可高效利用甲硫醇和硫化氫產(chǎn)生大量DMS，且廣泛存在于α-、γ-、β-變形菌門(mén)、擬桿菌門(mén)、酸桿菌門(mén)等多種海洋細(xì)菌中。不同于已知的mddA，mddH基因在全球海水和近岸沉積物細(xì)菌中的豐度分別高達(dá)5%和15%，比mddA高一個(gè)數(shù)量級(jí)，其轉(zhuǎn)錄水平與海洋中豐度最高的DMSP裂解酶DddP接近。這一研究結(jié)果證實(shí)海洋環(huán)境中甲硫醇和硫化氫的甲基化過(guò)程對(duì)DMS產(chǎn)生的貢獻(xiàn)被大大低估，由MddH介導(dǎo)的這一甲基化過(guò)程是海洋中DMS的另一個(gè)重要來(lái)源。新型DMS產(chǎn)生酶MddH的發(fā)現(xiàn)拓展了我們對(duì)于海洋微生物驅(qū)動(dòng)硫循環(huán)過(guò)程的認(rèn)知，對(duì)深入理解全球硫循環(huán)和氣候變化有重要科學(xué)意義。
該項(xiàng)研究是張曉華教授團(tuán)隊(duì)圍繞海洋微生物DMSP/DMS代謝取得一系列重要發(fā)現(xiàn)（Nature Microbiology, 2017, 2: e17009；Nature Communications, 2020, 11: 4658；Nature Microbiology, 2024, https://doi.org/10.1038/s41564-024-01715-9）之后的又一標(biāo)志性成果，同時(shí)拓展了微生物驅(qū)動(dòng)硫循環(huán)領(lǐng)域的新研究方向。
張曉華教授與英國(guó)東英吉利大學(xué)Jonathan D.Todd教授為共同通訊作者。第一作者為張曉華教授團(tuán)隊(duì)的張?zhí)N慧副教授、碩士畢業(yè)生孫創(chuàng)（現(xiàn)于東英吉利大學(xué)攻讀博士學(xué)位）、在讀博士研究生郭子華。
本研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委“水圈微生物驅(qū)動(dòng)地球元素循環(huán)的機(jī)制”重大研究計(jì)劃集成項(xiàng)目（92251303）、中國(guó)海洋大學(xué)中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)（202172002）等項(xiàng)目資助，中國(guó)海洋大學(xué)為第一完成單位。
圖1.新型DMS產(chǎn)生酶MddH的活性及其在海洋環(huán)境中的分布（點(diǎn)擊圖片查看大圖）
圖2.張曉華教授（中）、本文共同第一作者張?zhí)N慧副教授（右一）和郭子華同學(xué)（左一）
通訊員：張?zhí)N慧
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41564-024-01788-6
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