近日，上海交通大学生命科学技术学院、微生物代谢国家重点实验室周宁一教授团队在基因和酶学水平揭示深海未可培养古菌Thermoprofundales具有通过苯乙酸代谢芳烃化合物的潜能。相关成果“Evidences of aromatic degradation dominantly via the phenylacetic acid pathway in marine benthic Thermoprofundales”发表在《Environmental Microbiology》杂志上，博士生刘伟伟和深圳大学博士后潘杰为共同第一作者，周宁一教授为通讯作者。该文作者还包括上海交大王风平教授和深圳大学李猛教授等。
海洋作为地球上巨大的有机碳库，广泛分布着难降解的芳烃化合物。加利福尼亚海湾Guaymas盆地热液沉积层富含石油类芳香物，同时在该地区微生物宏基因组中发现了未可培养古菌Thermoprofundales的基因组。Thermoprofundales代谢活跃、生物量丰富，广泛分布于全球海洋沉积物中，有降解蛋白碎片的能力，推测可能在深海区域有机质转换和碳循环中扮演着重要角色。目前文献报道大多是在细菌中鉴定可代谢芳烃的相关基因及生化证据，在可培养的嗜热古菌和嗜盐古菌中仅有极少数报道，而对于深海中未可培养古菌的有机碳代谢途径研究多是基于拼装基因组后的生物信息学预测，尚无对芳烃代谢的基因和酶学功能的直接证据。
本研究在Guaymas热液沉积物来源的宏基因组数据中发现15个Thermoprofundales拼装基因组，其属于两个新的亚群，且对热液环境具有偏好性；对芳烃代谢途径的构建发现Thermoprofundales基因组中存在芳烃降解的苯乙酸（PAA）途径，其中多数酶基因能够原位转录。PAA途径的关键酶苯乙酸辅酶A连接酶（PCL）基因在Thermoprofundales基因组中广泛存在；生化验证表明Thermoprofundales来源的PCL具有将PAA转化生成苯乙酰辅酶A的活性，具有嗜热性、热稳定性和耐酸性，且对PAA及其羟基取代衍生物没有明显的偏好性和亲和性差异(图1)。本研究表明深海未可培养古菌Thermoprofundales具有在热液极端环境中通过PAA途径代谢芳烃的潜能，拓宽了对古菌在海洋生态中碳代谢能力的认识，为其它海洋未可培养古菌的生理、生化或生态学研究提供了借鉴，同时为进一步研究深海未可培养古菌在驱动海洋生态环境中碳循环的作用提供了有力的证据。


图1. Thermoprofundales拼装基因组存在芳烃降解的PAA途径，关键酶PCL具有将PAA转化为苯乙酰辅酶A的活性。
该项工作得到国家重点研发专项（2016YFA0601102，2018YFC0309800），国家自然科学基金（41525011，31661143022和91951106）的支持。
论文链接：https://sfamjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/1462-2920.14850