趨磁細(xì)菌生物控制礦化機(jī)理趨磁細(xì)菌生物！
中國微生物菌種查詢網(wǎng) / 2019-03-18 09:26:09
鐵元素是地殼中含量第四的元素，它不僅是生物所必須的微量元素之一，而且還可以影響海洋和陸地系統(tǒng)的地球化學(xué)性質(zhì)，對于維護(hù)地球生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定具有重要貢獻(xiàn)。近年來，越來越多的研究表明微生物是調(diào)控全球鐵元素地球化學(xué)循環(huán)的重要驅(qū)動力之一。其中，在體內(nèi)礦化合成鐵磁性礦物磁小體的趨磁細(xì)菌是一類重要的鐵細(xì)菌功能群，它已成為地質(zhì)微生物學(xué)和生物礦化作用研究的模式微生物。然而，由于自然界絕大多數(shù)趨磁細(xì)菌尚不能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行純培養(yǎng)，因此人們對環(huán)境中趨磁細(xì)菌的磁小體礦化機(jī)制及其生態(tài)功能，尤其是它們對鐵元素循環(huán)的貢獻(xiàn)等還缺乏深入認(rèn)識。
中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所地球深部結(jié)構(gòu)與過程研究室、地球與行星物理院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和中-法生物礦化與納米結(jié)構(gòu)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室生物的地磁學(xué)研究團(tuán)隊(duì)副研究員林巍、研究員潘永信及其合作者等人在趨磁細(xì)菌礦化機(jī)理方面取得了系列新進(jìn)展。他們在北京密云水庫發(fā)現(xiàn)了一類特殊趨磁大桿菌（Candidatus Magnetobacterium casensis），并對其進(jìn)行了系統(tǒng)研究。這類細(xì)菌細(xì)胞長5-10 μm，是目前已知個體最大的趨磁細(xì)菌類群，在系統(tǒng)發(fā)育上屬于硝化螺旋菌門，其主要特征是在體內(nèi)合成數(shù)百個至上千個子彈頭狀的磁鐵礦磁小體，并呈多束鏈狀排列，對沉積物磁學(xué)性質(zhì)有重要貢獻(xiàn)。他們利用高通量測序技術(shù)，獲得該類趨磁大桿菌的基因組草圖，組裝出3.42Mb基因組，揭示了該類趨磁細(xì)菌的主要生理代謝特征，如鐵代謝、二氧化碳固定、反硝化途徑及硫代謝等。另外，通過比較基因組學(xué)方法，識別出調(diào)控磁小體合成的完整基因片段，不僅發(fā)現(xiàn)了其他趨磁細(xì)菌所共有的磁小體基因，還首次發(fā)現(xiàn)了多個硝化螺旋菌門趨磁細(xì)菌所特有的磁小體島基因。這些基因可能在子彈頭狀磁鐵礦磁小體的礦化、排列以及分裂過程中發(fā)揮著特殊的作用。上述研究結(jié)果對深入理解環(huán)境趨磁細(xì)菌的生物學(xué)特征、生態(tài)功能及其磁小體控制礦化的分子機(jī)理有著積極的促進(jìn)作用。
此外，在前期研究的基礎(chǔ)上，林巍等人還系統(tǒng)總結(jié)了近年來趨磁細(xì)菌的多樣性及地理分布格局研究方面的最新進(jìn)展。他們通過對全球已發(fā)表不同地點(diǎn)趨磁細(xì)菌數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析和深入發(fā)掘，提出趨磁細(xì)菌的地理分布格局在全球尺度上同時受環(huán)境異質(zhì)性和地史過程驅(qū)動模型影響。該研究豐富了微生物生物地理學(xué)的基本理論，并對全球趨磁細(xì)菌驅(qū)動鐵元素循環(huán)的貢獻(xiàn)進(jìn)行了評估，提出趨磁細(xì)菌每年可合成至少萬噸級的磁鐵礦，這表明該類微生物在現(xiàn)代鐵元素循環(huán)以及地質(zhì)歷史時期鐵礦的形成中可能發(fā)揮了重要作用。
上述研究成果分別發(fā)表在國際微生物學(xué)期刊ISME Journal （Lin et al. Genomic insights into the uncultured genus ‘Candidatus Magnetobacterium’in the phylum Nitrospirae. ISME Journal）和Environmental Microbiology （Lin et al. Life with compass: diversity and biogeography of magnetotactic bacteria. Environmental Microbiology）上。
圖1：趨磁大桿菌的光鏡、透射電子顯微鏡和熒光原位雜交照片
圖2：趨磁大桿菌的生理代謝與磁小體礦化示意圖
圖3：趨磁細(xì)菌參與鐵元素循環(huán)的示意圖 (A) 及其全球地理分布驅(qū)動機(jī)制模型 (B)
歡迎訪問中國微生物菌種查詢網(wǎng)，本站隸屬于北京百歐博偉生物技術(shù)有限公司，單位現(xiàn)提供微生物菌種及其細(xì)胞等相關(guān)產(chǎn)品查詢、咨詢、訂購、售后服務(wù)！與國內(nèi)外多家研制單位，生物醫(yī)藥，第三方檢測機(jī)構(gòu)，科研院所有著良好穩(wěn)定的長期合作關(guān)系！