中国海洋大学在海洋细菌驱动有机磷循环研究领域取得新进展
文章导读
海洋深处，磷元素如何悄然维系着全球生态平衡？中国海洋大学张玉忠团队联合国际学者，在PNAS重磅揭示海洋细菌转运甘油-1-磷酸（G1P）的奥秘！他们首次鉴定出名为GpxB的关键转运蛋白，发现表层海水中5%-10%的微生物依赖它破解古菌膜脂利用难题，并通过精密结构解析，揭开了PhnT与CUT1家族独立进化的惊人路径。这项突破不仅填补了海洋磷循环机制的空白，更重塑了我们对微生物驱动地球化学循环的认知——读懂它，你将洞悉海洋生命延续的隐形密码。
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近日，中国海洋大学海洋生命学院、海洋生物多样性与进化教育部重点实验室、深海圈层与地球系统前沿科学中心张玉忠教授团队与英国伯明翰大学陈银教授等合作，在PNAS（《美国科学院院刊》）杂志发表题为“Structural basis and evolutionary pathways of glycerol-1-phosphate transport in marine bacteria”（海洋细菌转运甘油-1-磷酸的结构基础及其进化路径）的研究成果。
细胞膜对维持细胞的完整性和功能具有重要作用。细菌和真核生物的细胞膜由脂肪酸和甘油-3-磷酸（G3P）骨架通过酯键连接而成，而古菌由类异戊二烯链通过醚键与甘油-1-磷酸（G1P）相连。古菌在全球海洋的碳和氮生物地球化学循环中发挥着至关重要的作用，而海洋环境中古菌膜脂G1P如何被利用还尚不清楚。
本研究从海洋细菌中鉴定出一种G1P转运蛋白，将其命名为GpxB。系统发育分析表明，GpxB属于有机膦酸盐转运蛋白（PhnT）家族，并广泛分布于海洋微生物中，表层海水中约5%至10%的微生物均含有GpxB。此外，本研究还在细菌中发现了另一种已知可转运G3P的G1P转运蛋白UgpB，该蛋白属于碳水化合物摄取转运蛋白（CUT1）家族。为了探究PhnT和CUT1家族中G1P结合位点形成的进化路径，解析了GpxB和UgpB及其与G1P和G3P复合物的结构（图1）。通过结构和生化分析，揭示了PhnT与CUT1家族中G1P结合位点独立的进化路径。本研究为海洋磷循环提供了新的见解。
图1. GpxB-G1P（A）和UgpB-G1P（B）的整体结构
张玉忠教授领衔的研究团队长期从事海洋微生物学与微生物海洋学研究，近年来在海洋微生物驱动的碳、氮、磷、硫元素循环领域取得了系列研究成果。本次在PNAS上发表的研究成果是该团队在海洋微生物学与微生物海洋学研究领域取得的又一重要研究进展。
中国海洋大学为该研究成果的第一完成单位和通讯作者单位，海洋生命学院王宁副教授、李春阳教授、英国华威大学Linda M. Westermann博士和李铭钰博士为共同第一作者，海洋生命学院张玉忠教授、英国华威大学David J. Scanlan教授和英国伯明翰大学陈银教授为该论文的共同通讯作者。本研究由中国海洋大学、英国伯明翰大学、英国华威大学、山东大学等单位合作完成。研究工作得到了国家自然科学基金项目、泰山学者攀登计划等项目的资助。
文：李春阳
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