海洋微藻承擔(dān)著全球一半的二氧化碳固定任務(wù)，與此同時(shí)，他們還為擬桿菌(Bacteroidetes)等海洋微生物提供有機(jī)底物。在這個(gè)過(guò)程中，擬桿菌應(yīng)用碳水化合物活性酶 (Carbohydrate-active enzymes, CAZymes)降解藻類多糖，使之成為能夠被其吸收利用的物質(zhì)和能量來(lái)源，因此，其介導(dǎo)的藻類聚糖降解利用是海洋食物鏈有機(jī)質(zhì)循環(huán)的重要環(huán)節(jié)。在Bacteroidetes的基因組中，編碼Cazyme的基因區(qū)域稱為多糖利用區(qū) (Polysaccharide utilization loci, PULs)。目前雖然有一些研究關(guān)注PULs降解藻類多糖的過(guò)程，但是在海洋微生物中PULs的底物特異性及其降解藻類多糖的分子機(jī)制還并不清楚。
 

該文章于2022年11月發(fā)表在The ISME Journal雜志，作者來(lái)自于德國(guó)不來(lái)梅大學(xué)海洋環(huán)境科學(xué)研究中。多糖是參與海洋碳循環(huán)的一類含量豐富的生物大分子，不同形式的單糖通過(guò)糖苷鍵進(jìn)行連接，形成了多糖的分子多樣性。為了從多糖中獲取能量和物質(zhì)，微生物使用CAZymes對(duì)多糖的糖苷鍵和化學(xué)基團(tuán)進(jìn)行分解并加以利用。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)CAZymes的序列、折疊方式以及底物特異性主要分為糖苷類水解酶（GHs）和碳水化合物酯酶（CEs）。

多糖β-甘露聚糖（β-mannan）在陸生植物中較為常見(jiàn)，但在海洋微藻中還知之甚少。有研究表明擬桿菌是陸地生態(tài)系統(tǒng)的多糖降解劑，特別是在人類的腸道中降解β-mannan，但其在海洋藻類生物中的作用還有待研究。在此背景下，作者在海洋擬桿菌基因組中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)具有β-甘露聚糖多糖利用位點(diǎn)的基因：mar_2010_75。為了驗(yàn)證該基因的功能，作者采用表位缺失微陣列技術(shù)來(lái)證實(shí)這一假設(shè)。具體方法是利用英國(guó)ArrayJet點(diǎn)樣儀將不同藻類的植物多糖點(diǎn)印在硝酸纖維素膜上與并與攜帶mar_2010_75的PULs進(jìn)行反應(yīng)。結(jié)果顯示PULs編碼的GH27和GH5_26蛋白具有α-1,6-半乳糖酶和β-1,4-葡聚糖酶活性，表明其底物是半乳甘露聚糖，且β-甘露聚糖PULs受到半乳甘露聚糖的激活。因此判斷PULs可編碼具有活性的甘露聚糖酶、葡聚糖酶和半乳糖酶（圖1）。
 

結(jié)合其他實(shí)驗(yàn)結(jié)果，作者發(fā)現(xiàn)了一種β-甘露聚糖PULs——mar_2010_75，可以被看作是海洋細(xì)菌靶向含β-甘露聚糖底物的一個(gè)模型。這種降解機(jī)制部分與腸道細(xì)菌相似，但也有顯著的差異，如編碼的GH5_26蛋白參與其中。這種不同物種間的聚糖酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)特異性的揭示了碳循環(huán)在初級(jí)生產(chǎn)者和次級(jí)消費(fèi)者之間的聯(lián)系。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41396-022-01342-4

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