中国海洋大学在微生物DMSP/DMS循环方面取得新进展

 12月4日，中国海洋大学海洋生命学院、深海圈层与地球系统前沿科学中心和海洋生物多样性与进化研究所张晓华教授团队在综合性期刊Advanced Science（《先进科学》）上在线发表了题为“Two Novel S-methyltransferases Confer Dimethylsulfide Production in Actinomycetota”（放线菌中产生DMS的两种新型甲基转移酶）的最新研究成果。

硫化氢（Hydrogen sulfide，H₂S）、甲硫醇（Methanethiol，MeSH）和二甲基硫（Dimethylsulfide，DMS）是海洋中主要的含硫气体，在全球硫循环、趋化作用及气候调节中发挥关键作用。微生物可通过S-甲基化作用将具有细胞毒性的H₂S和MeSH转化为无毒的DMS，该过程在陆地与海洋环境中分别主要由MddA或MddH酶催化完成。然而，海洋和陆地中广泛分布的放线菌门细菌含有未知的Mdd酶，导致该代谢途径的潜力长期被低估。

图1. 放线菌中产生DMS的两种新型甲基转移酶

基于以上研究背景，张晓华教授团队通过基因文库构建、基因敲除等方法，发现并鉴定了广泛存在于放线菌中的两种甲基转移酶——MddM1和MddM2（图1）。研究对这两种酶的催化特性进行了系统表征，发现其催化效率高于MddA，但低于MddH。功能实验表明，mddM1与mddM2的转录受H₂S、MeSH及氧化应激诱导，并能将有毒的H₂S和MeSH转化为无毒的DMS，有效缓解氧化压力，显示出明确的生理解毒功能。MddM1和/或MddM2存在于半数以上的放线菌门细菌（包括模式菌种委内瑞拉链霉菌）中，同时也分布于部分绿弯菌门、酸杆菌门及变形菌门细菌中。在不同环境中，mddM1的丰度始终高于mddM2，尤其在土壤与沼泽沉积物中普遍存在。本研究揭示了H₂S与MeSH依赖的DMS产生过程的重要性，并特别强调了放线菌门细菌在全球DMS合成及硫循环中的关键作用。

中国海洋大学为该研究成果的第一完成单位，张晓华教授与学校客座教授Jonathan D. Todd教授为共同通讯作者。张晓华教授团队博士后郭瑞红、博士研究生郭子华、硕士研究生周羿及张蕴慧副教授为共同第一作者。

 图2. DSMG-Chip芯片的构建

此外，张晓华教授团队近期还在环境领域知名期刊Environmental Science & Technology（《环境科学与技术》）上发表了题为“DSMG-Chip: A High-Throughput Degenerate qPCR Chip for Profiling Microbial DMSP and Related Organic Sulfur Metabolic Genes in Diverse Environments”（DSMG-Chip：高通量简并qPCR芯片精准解析海洋微生物有机硫代谢基因）的研究论文。该研究开发了微生物DMSP/DMS循环高通量简并qPCR芯片DSMG-Chip，实现了27个有机硫代谢基因的同步绝对定量（图2）。研究人员将42对简并引物集成于高通量qPCR芯片，结合智能数据库构建和系统发育分析，建立了从基因检测到环境应用的完整技术体系。基于特异性验证、灵敏度测试和准确性评估，证实了芯片在复杂环境样本中的可靠性，并通过多维度生物信息学分析解析了全球海洋有机硫代谢基因的分布特征和生态意义。

张晓华教授研究团队

中国海洋大学为该研究成果的第一完成单位，张晓华教授为本文通讯作者，张晓华教授团队博士研究生刘栋和张蕴慧副教授为共同第一作者。

以上两项研究工作得到了国家自然科学基金委资助，是张晓华教授团队围绕海洋微生物DMSP/DMS代谢取得一系列重要发现之后的最新标志性成果，拓展了微生物驱动硫循环领域的新研究方向。

文：郭子华 张蕴慧

文章链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202510141

          https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5c10820