張義和 曾胤新 曲江勇

(1煙臺大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 煙臺264003;2中國極地研究中心, 上海200136)

提要 二甲基巰基丙酸內(nèi)鹽(DMSP)是一種主要由海洋浮游植物生成的含硫化合物, 在海洋中含量豐富, 同時也是海洋細(xì)菌的重要營養(yǎng)物之一。采用生長選擇性培養(yǎng)基從北極王灣海水中分離到一株細(xì)菌DMSP-1?；?6S rRNA基因序列及基因組平均核苷酸一致性(Average Nucleotide Identity, ANI)分析, 將該菌鑒定為乳酸假單胞菌。該菌細(xì)胞呈桿狀, 有極生鞭毛; 具有耐冷(可在5℃較快生長, 適宜生長溫度范圍為22～29℃,最高生長溫度為38℃)、耐鹽(適宜生長鹽度范圍為0～4% NaCl、最高生長鹽度為8% NaCl)等特性, 表明該菌能較好地適應(yīng)其所處的北極近岸環(huán)境。碳源生長實(shí)驗(yàn)證實(shí)該菌能以DMSP為唯一碳源進(jìn)行生長。該菌具有乳酸假單胞菌的許多生理生化特征, 但也存在差異, 如色氨酸脫氨酶與脲酶為陽性、不能利用鼠李糖產(chǎn)酸等。對假單胞菌DMSP-1開展進(jìn)一步的研究, 將推動人們對于海洋細(xì)菌降解DMSP的代謝機(jī)制及其在北極海洋環(huán)境中生態(tài)功能的深入認(rèn)識。

0 引言

二甲基巰基丙酸內(nèi)鹽(Dimethylsulfoniopropionate, DMSP)是一種在全球海洋中含量豐富的含硫化合物[1-2]。海洋浮游植物每年產(chǎn)生的DMSP可達(dá)10億噸或更多[3]。一些海洋細(xì)菌也能合成該物質(zhì)[4]。DMSP可作為浮游植物的胞內(nèi)滲透調(diào)節(jié)劑、抗氧化劑、冷凍保護(hù)劑或捕食者威懾物而發(fā)揮重要的生理生態(tài)作用[1,2,5], 同時也是海洋浮游細(xì)菌的重要營養(yǎng)物之一, 可被細(xì)菌分解利用[4]。釋放到海水中的DMSP, 大部分經(jīng)由細(xì)菌的脫甲基途徑生成3-甲基硫代丙酸甲酯(MMPA)、再經(jīng)過一系列分解代謝, 最后以含硫蛋白形式進(jìn)入微生物食物網(wǎng)[6-7]。還有部分DMSP, 可被海洋細(xì)菌裂解生成二甲基硫(DMS)與丙烯酸鹽或3-羥基丙酸輔酶A(3HP-CoA)[8-9]。海洋中大約30%的DMSP 被分解產(chǎn)生DMS, 而由微生物參與所產(chǎn)生的DMS占據(jù)了海洋DMS總產(chǎn)量的 90%以上[5,10]。作為海水中最重要的還原態(tài)揮發(fā)性生源有機(jī)硫化物, DMS在表層海水中處于高度過飽和狀態(tài), 能夠以很大的通量穿過海-氣界面進(jìn)入大氣[11], 成為從海洋排放到大氣當(dāng)中含量最為豐富的含硫化合物。DMS進(jìn)入大氣后, 經(jīng)氧化形成硫酸鹽氣溶膠, 成為酸雨的重要貢獻(xiàn)者[12]。此外, 這些氣溶膠容易吸收水分, 可以充當(dāng)云的凝結(jié)核并形成更多的云層, 通過反射或散射太陽輻射使地球表面溫度降低[11], 對氣候產(chǎn)生冷卻效應(yīng)[13,14], 因此DMS又被稱為氣候活性氣體[15]。細(xì)菌在海洋環(huán)境中DMSP介導(dǎo)的硫循環(huán)中扮演著舉足輕重的角色。

有關(guān)DMSP降解酶及其產(chǎn)生菌多樣性的研究,目前已有大量報道。DMSP脫甲基途徑中參與第一步反應(yīng)的關(guān)鍵酶基因dmdA包含了A～E五個支系[16], 其產(chǎn)生菌分布在α-變形細(xì)菌中的玫瑰桿菌、紅螺菌目、SAR11、SAR116, 以及γ-變形細(xì)菌中的OM60等類群中[17], 并且以玫瑰桿菌、SAR11為主。此外, 研究人員已發(fā)現(xiàn)7種參與DMSP降解途徑的Ddd酶(DMSP依賴型產(chǎn)DMS裂解酶), 分別由dddD、dddK、dddL、dddP、dddQ、dddY及dddW等基因編碼[18-19], 其產(chǎn)生菌分布于變形細(xì)菌門的各亞綱以及真菌的子囊菌綱[20]。但相關(guān)研究工作大多集中在中、低緯度海域, 對于涉及南、北極高緯度低溫海域中的研究報道相對很少。

北冰洋與南大洋, 是大氣DMS的巨大的源,并且對全球硫的收支具有顯著貢獻(xiàn)[21], 生存在這些海域中的浮游細(xì)菌, 必然在全球的硫循環(huán)中具有重要的生態(tài)學(xué)意義。在北極王灣, 涉及脫甲基途徑的dmdA基因與涉及裂解途徑的dddL和dddP基因, 其產(chǎn)生菌都與玫瑰桿菌支系密切相關(guān)[22]。而在南極長城站近岸海域, 水體中的dmdA基因均來自玫瑰桿菌支系, 但dddP基因分別來自以Methylobacterium為代表的α-變形細(xì)菌以及以Pseudomonas為代表的γ-變形細(xì)菌[23]。這些結(jié)果表明了不同極地海域中DMSP分解代謝細(xì)菌組成的多樣性。2010年課題組采用含5mM DMSP的寡營養(yǎng)海鹽(Sigma)培養(yǎng)基從北極王灣海水中分離得到菌株DMSP-1。本文通過16S rRNA基因序列分析及基因組比對分析、菌落形態(tài)及細(xì)胞形態(tài)觀測、結(jié)合生理生化特征檢測, 對該菌株進(jìn)行了分類鑒定及表型特征分析。同時, 采用唯一碳源生長檢測方法, 驗(yàn)證該菌能否以DMSP為唯一碳源生長。相關(guān)結(jié)果將有助于人們進(jìn)一步認(rèn)識該DMSP降解菌株的環(huán)境適應(yīng)性, 以及該菌在北極海洋環(huán)境中的生態(tài)功能, 尤其是對它參與硫循環(huán)的認(rèn)識。

1 材料與方法

1.1 菌種

菌株DMSP-1系由本課題組從2010年7月采集的北極王灣30m水深海水、采用含5mM DMSP的寡營養(yǎng)海鹽(Sigma)培養(yǎng)基, 經(jīng)過8℃避光培養(yǎng)30天后分離獲得?，F(xiàn)保藏在中國極地研究中心。

1.2 培養(yǎng)基

LB培養(yǎng)基(美國BD公司)。

M9-碳源培養(yǎng)基: 5×M9鹽溶液(Na2HPO4·7H2O 12.8 g, KH2PO43g, NaCl 0.5g, NH4Cl 1g, 調(diào)pH值至6.9～7.1, 再定容至200 mL)40 mL, 1M MgSO4溶液0.4 mL, 1M CaCl2溶液0.02 mL, 3%NaCl 160 mL,碳源(0.4%葡萄糖溶液, 或10mM DMSP溶液)。

不同碳源(母液): 分別為20%葡萄糖溶液;1M DMSP溶液。

1.3 細(xì)菌分子鑒定

采用TaKaRa MiniBEST細(xì)菌基因組DNA抽提試劑盒抽提菌株DMSP-1的DNA。采用通用細(xì)菌引物27F與1492R擴(kuò)增細(xì)菌16S rRNA基因序列[24-25]。PCR產(chǎn)物經(jīng)純化回收、連接、轉(zhuǎn)化及陽性克隆篩選[26], 克隆片段送上海生工生物工程有限公司測序。所得16S rRNA基因序列應(yīng)用EzTaxon服務(wù)器(http://www.eztaxon.org)進(jìn)行比對以確定與菌株DMSP-1親緣關(guān)系最近的模式菌株,再利用BLAST工具在NCBI數(shù)據(jù)庫(https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)中進(jìn)行同源性匹配以獲取親緣序列, 最后選擇同屬、不同種的模式菌的16S rRNA基因、采用MEGA 5.05(https://www.megasoftware.net)基于鄰接法進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育分析并構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹, 確定細(xì)菌DMSP-1在屬水平上的分類學(xué)位置。

1.4 基因組測序及比對

利用Illumina Miseq測序平臺以及PacBio RS II三代測序平臺對該菌進(jìn)行全基因組測序, 相關(guān)測序工作委托上海派森諾生物科技股份有限公司實(shí)施。獲得的基因組大小為6.28Mb, G+C含量為60.01 mol%, 編碼基因區(qū)占整個基因組86.97%,測序深度為583×。基于平均核苷酸一致性(Average Nucleotide Identity, ANI)計(jì)算器(http://jspecies.ribohost.com/jspeciesws/#anib)比較細(xì)菌DMSP-1基因組與同屬親緣模式菌基因組的平均核苷酸一致性(ANIb), 從而確定該菌在種水平上的分類學(xué)地位。通常ANIb值高于95%時可判定為同一個種[27]。

1.5 菌落及細(xì)胞形態(tài)

菌株DMSP-1于LB平板上在15℃下培養(yǎng)3 d后, 觀察平板上的菌落形態(tài), 記錄菌落的顏色、透明度、邊緣情況及表面情況。

細(xì)菌于2mL LB液體培養(yǎng)基中在15℃下培養(yǎng)36 h后, 送廣東省微生物研究所進(jìn)行透射電鏡細(xì)胞觀測。負(fù)染主要步驟為: 吸取樣品滴于銅網(wǎng)上, 3 min后用濾紙從銅網(wǎng)邊緣吸去多余的液體; 滴加3%磷鎢酸(pH7.0)于銅網(wǎng)上, 3 min后用濾紙從銅網(wǎng)邊緣吸去多余染液; 滴加純水于銅網(wǎng)上, 再用濾紙從銅網(wǎng)邊緣吸取多余水,待干后即可用于電鏡觀察。所用透射電鏡為Hitachi H-7650。

1.6 生理生化特征檢測

1.6.1 適宜生長溫度及最高生長溫度

將50 μL新鮮的DMSP-1菌液涂布于LB平板上, 分別置于5、15、25、35、36、37、38、39和40℃下培養(yǎng)24 h后, 觀察菌落生長情況; 再將5 μL DMSP-1菌液接種于5 mL LB培養(yǎng)基中, 分別于15、25和35℃下培養(yǎng)48 h(每隔12 h測定菌懸液OD540值), 了解該菌的適宜生長溫度范圍及最高生長溫度。然后將8 μL DMSP-1菌液接種于800 μL LB培養(yǎng)基中, 分別置于18～35℃(間隔1℃)培養(yǎng)24 h后, 于波長540 nm處測定菌懸液濃度以檢測菌株生長狀況, 從而確定菌株的最適生長溫度。

1.6.2 適宜生長鹽度及最高生長鹽度

將5μL 新鮮DMSP-1菌液分別加入到含不同NaCl濃度(0～10%)的5mL LB液體培養(yǎng)基中, 在25℃搖床中培養(yǎng), 每日觀察其生長狀況, 并在波長540 nm處測定菌懸液濃度。

1.6.3 DMSP利用生長實(shí)驗(yàn)

將8μL DMSP-1菌液接種于800 μL以DMSP為碳源的M9培養(yǎng)基中, 于25℃混勻器中培養(yǎng),每日檢測其生長狀況, 檢測該菌是否能以DMSP為碳源進(jìn)行生長。同時, 以含葡萄糖為碳源的M9培養(yǎng)基作為對照。

1.6.4 生理生化

分別采用API 20NE、API 20E和API ZYM試劑條(法國梅里埃公司)對DMSP-1進(jìn)行生理生化檢測。培養(yǎng)溫度為25 ℃, 培養(yǎng)時間為48 h。具體操作按試劑條說明書進(jìn)行。

1.7 基因登錄號

菌株DMSP-1在GenBank的16S rRNA基因序列登錄號為KU233521, 基因組登錄號為CP034425。

2 結(jié)果

2.1 菌株DMSP-1的分類鑒定

獲得的菌株DMSP-1的16S rRNA基因片段長度為1498bp, 與模式菌Pseudomonas lactisWS 4992T的序列同源性達(dá)99.72%。通過與假單胞菌屬已知模式菌的系統(tǒng)發(fā)育比對分析(圖1), 可以確定菌株DMSP-1屬于假單胞菌屬。

進(jìn)一步比較菌株DMSP-1的基因組與模式菌Pseudomonas lactisWS 4992T的ANIb值, 發(fā)現(xiàn)該值為95.66%(大于95%的閾值), 因此可將菌株DMSP-1鑒定為乳酸假單胞菌(Pseudomonas lactis)。此外, 菌株DMSP-1的G+C含量與模式菌P.lactisWS 4992T(60.0 mol%[28])也是一致的。

2.2 菌株DMSP-1的菌落及細(xì)胞形態(tài)

在LB平板上培養(yǎng), 菌株DMSP-1的菌落呈圓形, 濕潤有光澤, 邊緣平整, 表面光滑并呈米黃色(圖2)。透射電鏡相片(圖3)顯示, 該菌的細(xì)胞呈桿狀, 無芽孢, 有極性鞭毛。

圖2 菌株DMSP-1在LB平板上的菌落照片F(xiàn)ig.2.Colonies of strain DMSP-1 growing on LB agar plate

圖3 菌株DMSP-1的負(fù)染細(xì)胞透射電鏡照片F(xiàn)ig.3.Transmission electron micrograph of negatively stained cells of strain DMSP-1

2.3 菌株DMSP-1的生長特征

2.3.1 生長溫度及生長鹽度

平板培養(yǎng)結(jié)果顯示, 該菌在5℃培養(yǎng)6 d, 有明顯肉眼可見的細(xì)小菌落生成; 在15℃培養(yǎng)2 d, 即有明顯細(xì)小菌落生成; 在25℃、35℃培養(yǎng)僅1 d, 即可生成密集菌落, 且菌落形態(tài)較大(但在35℃中長出的菌落要小于25℃中的)。液體培養(yǎng)結(jié)果也顯示, 菌株DMSP-1在25℃時生長情況優(yōu)于35℃時(圖4、圖5);當(dāng)培養(yǎng)溫度達(dá)到或超過39℃, 菌株DMSP-1無法生長。但將培養(yǎng)平板重新置于25℃環(huán)境中, 菌株可恢復(fù)生長, 但長出的菌落細(xì)小, 這說明超過菌株最高生長溫度的高溫會抑制該菌的生長、并可能對菌株造成一定程度的損傷。液體培養(yǎng)結(jié)果表明(圖5), 菌株DMSP-1在22～29℃的溫度范圍內(nèi)生長最為適宜(OD540吸光度值均高于0.68)。菌株DMSP-1能在5℃低溫條件下較快生長, 最適生長溫度超過15℃、但最高生長溫度低于40℃, 參考Morita[29]及Jay[30]對于耐冷菌(psychrotolerant bacteria)的定義, 可以將菌株DMSP-1劃歸為耐冷菌范疇。

圖4 菌株DMSP-1在不同溫度下培養(yǎng)48 h的生長情況Fig.4.Growth of strain DMSP-1 under different temperatures for 48 h

圖5 菌株DMSP-1在不同溫度下培養(yǎng)24 h的生長情況Fig.5.Growth of strain DMSP-1 under different temperatures for 24 h

鹽度實(shí)驗(yàn)顯示, 該菌在0～4% NaCl條件下培養(yǎng)1 d即可生成渾濁菌液(OD540大于1.0), 表明這一鹽度范圍適合菌體的生長(圖6)。最適生長鹽度為1% NaCl。在5%～6% NaCl中培養(yǎng)2 d, 該菌也可生成渾濁菌液; 而在7%、8% NaCl中分別培養(yǎng)3d、5d后才可生成肉眼可見的明顯菌液; 在鹽度達(dá)到或超過9% NaCl時, 該菌無法生長(培養(yǎng)7d)。這表明DMSP-1在高鹽濃度下有一個逐漸適應(yīng)環(huán)境后再生長的過程, 但當(dāng)鹽度條件超過其自身調(diào)節(jié)適應(yīng)能力, 該菌則無法生長。根據(jù)該菌耐受一定濃度的鹽、但生長不依賴于鹽的特性, 可以將該菌歸為耐鹽菌, 表明其能較好地適應(yīng)淡水及海洋水生環(huán)境。

圖6 菌株DMSP-1在不同鹽度下培養(yǎng)24 h的生長情況Fig.6.Cell growth of strain DMSP-1 in different sodium chloride concentration for 24 h

2.3.2 DMSP利用生長實(shí)驗(yàn)

結(jié)果顯示, 培養(yǎng)1d后, 即可觀測到DMSP-1在以葡萄糖作為碳源的M9培養(yǎng)基中有明顯生長現(xiàn)象(圖7); 而在以DMSP為碳源的M9培養(yǎng)基中培養(yǎng)4d后才有肉眼可見的生長現(xiàn)象。這一方面表明該菌以葡萄糖為碳源的生長狀況明顯優(yōu)于以DMSP為碳源, 另一方面也證實(shí)該菌的確能夠利用DMSP作為碳源進(jìn)行生長。

圖7 菌株DMSP-1的碳源利用生長情況Fig.7.Cell growth of strain DMSP-1 based on different carbon source

2.4 菌株DMSP-1的生理生化特征

革蘭氏試紙片檢測結(jié)果顯示, 菌株DMSP-1為革蘭氏陰性菌?；贏PI 20E、20NE及ZYM試劑條的分析結(jié)果顯示, 該菌β-葡萄糖苷酶、堿性磷酸鹽酶、酯酶(C4), 類脂酯酶(C8)、白氨酸芳胺酶、纈氨酸芳胺酶、胱氨酸芳胺酶、胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶和酸性磷酸酶為陽性, 類脂酶(C14)、萘酚-AS-BI-磷酸水解酶呈微弱陽性, 可同化癸酸、蘋果酸和檸檬酸。該菌的許多生理生化特征與同種模式菌P.lactisWS 4992T是相似或一致的(表1), 例如, 氧化酶、過氧化氫酶、明膠酶、精氨酸雙水解酶為陽性, β-半乳糖苷酶、賴氨酸脫羧酶、鳥氨酸脫羧酶、吲哚反應(yīng)、硝酸鹽/亞硝酸鹽還原反應(yīng)為陰性, 都不產(chǎn)H2S。此外, 菌株DMSP-1與P.lactisWS 4992T在細(xì)胞形態(tài)、生長溫度及鹽度、以及基因型等方面也存在不少相近之處(表1)。但同時, 兩者之間也存在一些差異,如菌株DMSP-1的脲酶、色氨酸脫氨酶為陽性,VP(Voges-Proskauer)反應(yīng)也為陽性, 而P.lactisWS 4992T均呈陰性; 菌株DMSP-1不能利用鼠李糖產(chǎn)酸, 而P.lactisWS 4992T則相反。

表1 菌株DMSP-1與模式菌Pseudomonas lactis WS 4992T的表型及基因型特征比較Table 2.Comparison of phenotypic and genotypic characteristics between strain DMSP-1 and type strain Pseudomonas lactis WS 4992T

3 討論

位于北極斯匹次卑爾根群島上新奧爾松地區(qū)的王灣(79°N, 12°E)及其鄰近海域, 是北冰洋水團(tuán)和大西洋水團(tuán)的交匯區(qū), 受極地海冰、大西洋暖水團(tuán)和北極冷水團(tuán)的多重影響[31]。王灣具有典型的北極峽灣生境, 海灣深度從灣外向?yàn)硟?nèi)逐漸變淺,從灣外的360 m逐漸減少到灣內(nèi)的大約60 m。灣內(nèi)水文狀況和季節(jié)變化較為復(fù)雜[32-33]: 北大西洋海流的一個分支——西斯匹次卑爾根海流為該地區(qū)的沿岸帶來了高溫、高鹽的海水(溫度高于3℃, 鹽度高于34.9 PSU), 大西洋和北極水團(tuán)在陸架區(qū)內(nèi)的交換導(dǎo)致了王灣水溫和鹽度的變化; 同時灣內(nèi)海冰的形成和消融、以及夏季大量冰川融水的注入均影響著灣內(nèi)的水文狀況。本研究中分離到的菌株DMSP-1, 具有較寬的生長溫度(最高生長溫度38℃)及生長鹽度(0～8% NaCl)范圍, 反映出該菌能很好地適應(yīng)王灣復(fù)雜多變的溫度與鹽度環(huán)境, 從而能發(fā)揮出一定的生態(tài)學(xué)作用。

假單胞菌屬(Pseudomonas)成員眾多, 據(jù)2015年8月原核生物名錄(List of prokaryotic names with standing in nomenclature, LPSN)公布,該屬包括223個種和 18 個亞種, 還有數(shù)10個種待確認(rèn)[34]。假單胞菌廣泛存在于土壤、淡水、河海水等環(huán)境中, 多數(shù)假單胞菌的分布是全球性的。他們生化能力活潑, 其活性在有機(jī)物質(zhì)礦化方面具有重要的意義。絕大多數(shù)假單胞菌, 營養(yǎng)要求低, 代謝類型多, 在一個簡單的有機(jī)化合物作為唯一碳源和能源的無機(jī)培養(yǎng)基中就能生長,從而使該類菌能夠適應(yīng)不同的環(huán)境[35]。所有的假單胞菌在中性和堿性的環(huán)境(pH為7.0～8.5)中都可生長, 大多數(shù)不能在pH為6及以下的環(huán)境中生長,海生種還需要至少1% NaCl才生長, 這反映出它們需要特殊的鈉或滲透壓, 或兩者都需要[36]。淡水或土壤種則沒有明確的離子和滲透壓的需要[36]。本研究中的菌株DMSP-1在0～4% NaCl條件下生長迅速、并且能夠耐受8% NaCl的鹽度,由此推測, 該菌可能來源于陸生環(huán)境, 但能夠很好地適應(yīng)海洋環(huán)境。通過表型(如細(xì)胞形態(tài)、生理生化特征)、基因型(如16S rRNA基因、G+C含量)以及基因組ANI值比較, 菌株DMSP-1被鑒定為乳酸假單胞菌(Pseudomonas lactis)。該菌與乳酸假單胞菌模式菌WS4992T在細(xì)胞形態(tài)、菌落形態(tài)、生理生化特征、G+C含量、以及基因組等方面具有大量的相似之處(表1), 但DMSP-1比模式菌WS4992T更耐鹽、生長上限溫度也更高。乳酸假單胞菌WS4992T分離自牛生乳, 能在0～6%NaCl環(huán)境中生長, 最高生長溫度為35℃[28]。這些結(jié)果也支持了關(guān)于菌株DMSP-1來源于陸生環(huán)境的推測。同樣是來源于低溫海洋環(huán)境, 王志娟等[37]報道了從南極磷蝦蝦肉分離到一株產(chǎn)低溫淀粉酶的乳酸假單胞菌, 但由于該菌株的鑒定過程缺乏與親緣模式菌的DNA雜交值或基因組ANI值, 因此尚不能斷定該菌株確為乳酸假單胞菌。鑒于菌株DMSP-1分離自北極峽灣海水, 具有耐冷、耐鹽特性, 而與該菌同種的模式菌WS4992T分離自牛乳、生長不耐鹽, 因此菌株DMSP-1對于研究乳酸假單胞菌的生物地理分布、系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化、環(huán)境適應(yīng)性等無疑將會是一個有意思的材料。

通過對與珊瑚有關(guān)的細(xì)菌的研究, Raina等[38]推斷出絕大多數(shù)DMSP降解細(xì)菌屬于以假單胞菌等為代表的γ-變形細(xì)菌, 其中的假單胞菌屬成員含有DMSP代謝基因。趙麗軍[39]采用以DMSP為唯一碳源的培養(yǎng)基, 從東海和黃海海水中分離到假單胞菌。同樣以DMSP為唯一碳源, Curson等[40]從大西洋鯡魚腸道中分離到假單胞菌, 發(fā)現(xiàn)它們具有dddD基因并且能將DMSP分解產(chǎn)生DMS。基于宏基因組方法對黃海、渤海沉積物的研究顯示, DMSP裂解酶DddP是以假單胞菌和中慢生根瘤菌屬(Mesorhizobium)為主[41]。這些研究結(jié)果表明, 假單胞菌屬成員在海洋環(huán)境中DMSP的分解代謝中發(fā)揮著作用。

Archer等[42]在王灣開展的研究結(jié)果顯示, 水體酸化可導(dǎo)致以Heterocapsa rotundata為代表的甲藻在內(nèi)的浮游植物豐度升高, 從而導(dǎo)致DMSP產(chǎn)量的升高。但DMS的釋放并未有明顯增加, 這可能一部分歸因于細(xì)菌生物量的升高從而需要更多的含硫蛋白用于自身合成并促使更多的DMSP進(jìn)入脫甲基途徑[42]。在熱帶及溫帶水域的研究表明, 當(dāng)硫需求得到滿足后, 細(xì)菌對DMSP的代謝才會從脫甲基向裂解途徑轉(zhuǎn)換[43-44]。本課題組在王灣夏季的研究結(jié)果顯示, 該水域脫甲基酶基因dmdA的豐度高于裂解酶基因dddP的豐度, 表明該水域DMSP的分解代謝可能主要與脫甲基途徑有關(guān)[22,45]。課題組在分離自王灣海水的假單胞菌中檢測到dmdA基因片段[46], 表明該屬細(xì)菌可能通過脫甲基途徑參與了王灣水域DMSP的分解代謝。而在本研究中的菌株DMSP-1中, 并未檢測到dmdA基因。雖然前期在菌株DMSP-1中檢測到dddP基因[22], 但在后續(xù)研究中卻未能再擴(kuò)增到該基因, 在基因組中也未找到該基因片段。原因不詳。此外, 課題組在該菌基因組中也未比對到任何與目前已知DMSP降解途徑的各個酶基因相關(guān)的序列。而在本文中, 碳源生長實(shí)驗(yàn)證實(shí)菌株DMSP-1的確能夠以DMSP作為唯一碳源進(jìn)行生長。因此, 對于該菌是否具有新型DMSP降解酶類值得開展進(jìn)一步的深入研究工作, 例如可考慮將基因組與轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)合以尋找該菌株參與DMSP分解代謝的相關(guān)酶基因。相關(guān)工作無疑將進(jìn)一步增進(jìn)人們對于假單胞菌參與北極海洋生態(tài)系統(tǒng)中硫循環(huán)的認(rèn)識。