在中科院微生物所东秀珠研究员带领下，开展了对47株冰川黄杆菌(Flavobacterium)的多组学研究，基因组分析发现其中37株含有变形菌视紫红质(proteorhodopsin,PR)基因，另外10株不含PR基因。PR蛋白是光驱动的跨膜质子泵，偶联一个视黄醛分子，能够接受光能，将质子从胞内泵到胞外，在细胞膜两侧形成电势能梯度，将光能转变为ATP。目前，国际上普遍认为PR决定了黄杆菌的光促生长表型。然而，光照生长实验发现无论是携带PR基因、缺失PR基因以及人工构建的PR缺失株，冰川黄杆菌均表现出光促生长特性。通过比较基因组学、转录组和表型实验等分析发现，在低氧、寡营养等状态下，冰川黄杆菌的光促生长表型与玉米黄质等色素合成相关，含玉米黄质、番茄红素等β-类胡萝卜素的冰川黄杆菌可以为其提供光保护、维持低温下细胞膜功能等作用，而仅含有黄色素的冰川黄杆菌无法在光照条件下生长。该研究发现了PR可能并非国际上一直以来普遍认为的光促生长关键基因，可能存在新的光/氧调控机制。高山冰川一般位于高海拔地区，表层光照辐射强度大，冰川表层存在可以利用光能的细菌、蓝细菌及藻类等。该研究首次发现，冰川表层优势的非光合细菌在低氧、光照条件下生长速率显著提高，揭示了光照对冰川表层生态系统具有非常重要的影响，发现玉米黄质等色素在冰川环境重要的生态意义，可能影响了黄杆菌在冰川表层环境的适应和种群扩散。
相关研究结果于2021年1月15日，以“Light stimulates anoxic and oligotrophic growth of glacialFlavobacteriumstrains that produce zeaxanthin”为题在国际主流期刊ISME Journal杂志发表。
中国科学院微生物研究所东秀珠研究员、辛玉华正高级工程师和周宇光正高级工程师为论文的共同通讯作者，刘庆高级工程师、李伟助理研究员、中科院武汉病毒所刘翟研究员为共同第一作者。该研究是继菌保中心在冰川稀有类群Cryobacterium耐低温适应性进化机制的发现后，又一重要进展(Liuet al., 2020)，得到了国家自然科学基金委重大研究计划和面上项目的支持。
1) Liu Qing#, Li Wei#, Liu Di#, Li lingyan, Li Jie, Lv Na, Liu Fei, Zhu Baoli, Zhou Yuguang*, Xin Yuhua*, Dong Xiuzhu* (2021).Light stimulates anoxic and oligotrophic growth of glacialFlavobacteriumstrains that produce zeaxanthin.ISME J.
2) Liu Qing, Song Weizhi, Zhou Yuguang, Dong Xiuzhu*, Xin Yuhua*. (2020).Phenotypic divergence of thermotolerance: Molecular basis and cold adaptive evolution related to intrinsic DNA flexibility of glacier-inhabitingCryobacteriumstrains.Environ Microbiol22, 1409-1420.
