海洋暗物质的真相 细菌的光合作用
2022-11-23 18:44:37来源：cnBeta
科学家们也许能够通过确定海洋微生物是否使用光合作用来确定海洋细菌是否参与了全球碳循环，光合作用是利用阳光将二氧化碳和水转化为能量的过程。然而，大多数海洋微生物在很大程度上仍未被研究，因为它们不在实验室环境中生长，这限制了科学界对这些物种是否进行光合作用的了解。
来自中国科学院青岛生物能源与过程研究所(QIBEBT)的科学家们利用拉曼光谱技术，从海水中直接确定了固定或吸收二氧化碳的细胞的存在，研究表明这些细菌确实进行了光合作用。他们的发现最近发表在《生物设计研究》杂志上。
尚未培养的二氧化碳固定细菌被拉曼激活的重力驱动封装(RAGE)技术根据拉曼位移在单细胞分辨率下进行分类，随后的单细胞测序在目标细胞中发现了一个基于荷尔蒙的光驱动质子泵
基于叶绿素的光合作用是一个广为人知的二氧化碳固定的光收集系统。据报道，基于一种被称为proteorhodopsin(或PR)的蛋白质的光合作用在有光的情况下可以固定二氧化碳。随后，海洋细菌中某些类型的二氧化碳固定也被报道。
"含PR的细菌可能是最丰富的，而微生物荷尔蒙蛋白，另一种类型的蛋白质，可能在很大程度上有助于海洋中的太阳能采集。然而，自然条件下的含PR细菌是否能够固定二氧化碳，仍然难以捉摸，"共同第一作者、QIBEBT单细胞中心的高级工程师Jing Xiaoyan说。
研究人员首先从取自中国黄海最上层，暴露在阳光下的海水的细菌中，通过追踪它们对一种化合物C-碳酸氢盐的摄入量，确定了固定二氧化碳的细胞。研究人员通过使用单细胞拉曼光谱(SCRS)来做到这一点，这是一种用于研究分子的技术。
"然后我们使用一种叫做拉曼激活的重力驱动封装技术，或RAGE，来分离我们所研究的细菌Pelagibacter的目标细胞，它是细菌组SAR11的成员，"共同第一作者、QIBEBT单细胞中心的博士后Xu Teng说。研究人员扩增了这些分离的Pelagibacter单细胞的基因组并对每个细胞进行了测序。
联合第一作者、QIBEBT单细胞中心助理研究员Gong Yanhai说："采用一种改进的拉曼激活的细胞分选技术，以精确的单细胞分辨率对微生物组进行分选和测序，我们揭示了未培养的遍在远洋杆菌，最丰富的SAR11海洋细菌之一，可以利用光动力代谢在海水中固定二氧化碳，从而对全球碳循环作出贡献。"
"这项研究表明，RAGE介导的单细胞基因组分析可以在海洋中未培养的细菌的表型和基因型之间建立可靠的联系，这解决了一个基本问题，为基于功能剖析环境中的'生物暗物质'铺平了道路，"共同通讯作者、牛津大学的Huang Wei教授说。
来自QIBEBT单细胞中心的Xu Jian教授说："进一步的调查可以扩展到不同深度和地区的其他海水样本。同时，值得将SCRS和单细胞转录组技术整合应用于对二氧化碳固着微生物的进一步研究"。
