近日，國際學術期刊mSystems刊發了題為“A deep sea bacterium senses blue light via a BLUF dependent pathway”的文章，報導了中國科學院海洋研究所孫超岷課題組關於深海冷泉非光合細菌通過藍光感受蛋白感知藍光並激發能量合成的研究成果，為深海微生物能感知並利用光能提供了又一例證。
眾所周知，萬物生長靠太陽，大量研究也證實了真光層生物的生長或多或少的都會受到光的影響。但對於深海生境，長期以來，研究人員普遍認為是一個黑暗的、由化學能支撐維繫的生態系統。但越來越多的證據表明，不僅深海熱液區，其它深海生境（如冷泉）也存在不同形式地質光或生物發光。研究表明，有接近80%的深海動物能够發光，發光形式以藍光為主。很多微生物學家也一直在探究深海微生物是否能够感受乃至利用藍光或其它波長的光。但受制於深海樣品採集的難度以及深海微生物的難培養特性，上述問題一直沒有得到有效解決。
圍繞如上科學問題，孫超岷研究團隊基於“科學”號2017年從我國南海深海海域一處冷泉噴口附近採集的沉積物，採用藍光富集培養科技從沉積物樣品中獲得了一株海綿杆菌。研究發現，相比於其它類型的光，該菌株在藍光（470 nm）照射下可獲得最快生長速度。但基因組測序表明，該菌株不包含葉綠素合成通路及視紫紅質編碼基因，不屬於常見的光能利用類型。蛋白質組結果表明，該細菌藍光感受蛋白BLUF在感受藍光過程中發揮著重要作用，研究人員通過分子遺傳學手段把編碼BLUF的基因敲除掉，發現該細菌感知藍光的能力明顯减弱，進一步驗證了蛋白組的結果；與體內實驗的結果一致，體外表達的藍光蛋白也顯示了明顯的藍光感受活性。以上蛋白組學、遺傳學及生物化學實驗結果綜合證實了藍光感受蛋白BLUF介導了深海細菌對藍光的感知，並進一步啟動了乙醯輔酶A的合成通路，進而顯著增强了三羧酸迴圈通路及能量產生，最終促進了菌株的快速生長。值得注意的是，藍光感受器BLUF的同源蛋白廣泛分佈於深海微生物中，表明了很多深海來源的微生物也能通過類似的途徑感受並利用藍光，也提示微生物學家在今後的研究中需要考慮微生物介導的光能代謝對深海生態系統能量迴圈的貢獻。
蛋白組學手段揭示BLUF是深海細菌感知藍光及啟動能量合成的關鍵因數
傳學手段證實BLUF是深海細菌感知藍光及啟動能量合成的關鍵因數
體外表達手段證實BLUF具有感知藍光的活性
BLUF介導深海細菌感知藍光及啟動能量合成通路圖
實驗海洋生物學重點實驗室博士研究生單業奇為第一作者，孫超岷研究員為通訊作者。研究得到了中科院戰略性先導科技專項、中科院海洋大科學中心前沿重點部署等項目聯合資助。
相關論文：
Yeqi Shan，Ge Liu，Ruining Cai，Rui Liu，Rikuan Zheng，Chaomin Sun*.A deep-sea bacterium senses blue light via a BLUF-dependent pathway.mSystems，2022，7（1）：e01279-21.Doi: 10.1128/msystems.01279-21.
論文連結：https://journals.asm.org/doi/10.1128/msystems.01279-21.