林煒鐵教授課題組在mSystems發(fā)表氨氧化古菌Candidatus Nitrosocosmicus agrestis耐氨氮機(jī)制
2月16日，我院林煒鐵教授和羅劍飛副教授課題組在mSystems（IF=6.633）雜志上發(fā)表了一篇題為Production and Excretion of Polyamines To Tolerate High Ammonia, a Case Study on Soil Ammonia-Oxidizing Archaeon “Candidatus?Nitrosocosmicus agrestis”的研究論文，博士生劉亮霆為論文第一作者。（論文鏈接：https://msystems.asm.org/content/6/1/e01003-20）。
氨氮是氨氧化微生物唯一/主要能量來源，由于物種、進(jìn)化和棲息環(huán)境差異，不同種類氨氧化微生物對(duì)氨氮的耐受能力各異。其中，氨氧化細(xì)菌(AOB)耐受能力最強(qiáng)，可達(dá)1200mM氨氮；大部分氨氧化古菌(AOA)耐受能力小于20mM，只有新近發(fā)現(xiàn)的CandidatusNitrosocosmicus屬的菌株(Ca. N. franklandus C13、Ca.?N. oleophilus MY3、Ca.?N. agrestis SS)可耐受50~200mM的氨氮；厭氧氨氧化菌(AnAOB)所有菌株均處于未培養(yǎng)狀態(tài)，根據(jù)Anammox活性推測(cè)它們可耐受200mM的氨氮；完全氨氧化菌(Comammox)的氨氮耐受能力鮮有報(bào)道，但研究表明長期施氮肥有利于農(nóng)田土壤中Comammox的生長。當(dāng)前，人們對(duì)AOB耐高氨氮的能力已有很多的認(rèn)識(shí)，但對(duì)它們的耐氨氮機(jī)制卻知之甚少，更遑論AOA、AnAOB、Comammox等新型氨氧化微生物。
該研究基于課題組利用兩步法富集策略(Front. Microbiol. 2019, 10: 875)得到的AOA菌株Ca.?N. agrestis SS為研究對(duì)象，通過(1)比較基因組分析發(fā)現(xiàn)該菌株存在NH4+→谷氨酰胺→精氨酸→多胺合成途徑，(2)基因表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)該途徑上的基因在高氨氮培養(yǎng)時(shí)均顯著上調(diào)，(3)UPLC-MS檢測(cè)發(fā)現(xiàn)腐胺、亞精胺等多胺在高氨氮培養(yǎng)下的生成量均顯著高于低氨氮培養(yǎng)時(shí)，(4)能量代謝分析表明高氨氮下氨氧化產(chǎn)生的能量?jī)H有~10%(相較于低氨氮)用于了蛋白質(zhì)的合成。基于上述研究結(jié)果，推測(cè)多胺的合成與外排可能是菌株Ca.?N. agrestis SS及其它耐氨氮AOA耐受高氨氮的潛在機(jī)制。該研究對(duì)闡明AOA在農(nóng)田土壤或其它環(huán)境中所扮演的角色、發(fā)揮的生態(tài)作用等有重要意義。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金（41977034）和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目（2019ZD33）的資助。
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