海洋细菌通过光合作用吸收二氧化碳

了解海洋微生物是否参与光合作用——利用阳光将二氧化碳和水转化为能量——可以帮助科学家了解海洋细菌是否在全球碳循环中发挥作用。然而，大多数海洋微生物仍未得到研究，部分原因是它们不在实验室条件下生长，这限制了科学界对这些物种是否使用光合作用的认识。

中国科学院青岛生物能源与生物过程技术研究所(QIBEBT)的研究人员直接从海水中鉴定出固定二氧化碳的细胞或吸收CO2的细胞，并使用拉曼光谱技术确定他们的样本包含用于光收集的功能基因，这表明细菌确实参与了光合作用。

他们的结果于10月21日发表在BioDesignResearch上。

基于叶绿素的光合作用是众所周知的用于CO2固定的光捕获系统。据报道，基于一种称为proteorhodopsin或PR的蛋白质的光合作用可以在有光的情况下固定CO2。随后，已经报道了海洋细菌中某些类型的CO2固定。

“含PR的细菌可能是最丰富的，而微生物视紫红质是另一种蛋白质，在很大程度上有助于在海洋中收集太阳能。但是，在自然条件下含PR的细菌是否可以固定CO2仍然是个未知数，”QIBEBT单细胞中心高级工程师、共同第一作者景晓燕说。

研究人员首先通过追踪从中国黄海的透光区(或暴露在阳光下的海洋最上层区域)中提取的海水中的CO2固定细胞，通过追踪其摄入的复合C-碳酸氢盐。研究人员通过使用单细胞拉曼光谱(SCRS)来做到这一点，这是一种用于研究分子的技术。

“然后我们使用一种称为拉曼激活重力驱动封装或RAGE的技术来分离我们研究的细菌Pelagibacter的靶细胞，它是细菌群SAR11的成员，”共同第一作者，博士后徐腾说在QIBEBT的单细胞中心。研究人员扩增了这些分离的Pelagibacter单细胞的基因组，并对每个细胞进行了测序。

“采用改进的拉曼激活细胞分选技术，以精确的单细胞分辨率对微生物组进行分类和测序，我们发现未培养的Pelagibacterspp.(最丰富的SAR11海洋细菌之一)可以利用光能代谢来固定CO2海水，从而有助于全球碳循环，”共同第一作者、QIBEBT单细胞中心助理研究员龚彦海说。

“这项研究表明，RAGE介导的单细胞基因组分析可以在海洋中未培养细菌的表型和基因型之间建立可靠的联系，这解决了一个基本问题，并为基于功能的‘生物环境中的暗物质，”牛津大学的共同通讯作者黄伟教授说。

“进一步的研究可以扩展到不同深度和地区的其他海水样本，”QIBEBT单细胞中心的徐健教授说。“此外，整合和应用SCRS和单细胞转录组技术以进一步研究固定CO2的微生物是值得的。”