ISME | 海洋氨氧化古菌N. maritimus SCM1菌株对Fe的需求与吸收策略
推荐：江舜尧
编译：萍水相逢
编辑：董小橙
牛津大学地科院Shafiee等于2019年5月10日在ISME上发表题为《Iron requirements and uptake strategies of the globally abundant marine ammonia-oxidising archaeon, Nitrosopumilus maritimusSCM1》的文章：该文章主要探讨环境重要的微量元素Fe (包括非螯合的无机铁Fe`和被有机螯合剂螯合的Fe)对海洋丰富的代表性古菌Nitrosopumilus maritimusSCM1菌株生长速率的影响。首次阐明了Fe在AOA生长中的重要作用，启示了海洋环境中铁元素是如何形成AOA的生态位。
文章摘要
氨氧化古菌(AOA)，作为海洋氮循环(将氨转化为亚硝态氮并最终转化为硝态氮的过程)的关键微生物，介导了反硝化的限速步骤。虽然与浮游植物对氨的竞争及光抑制被认为是限制AOA主要分布于在透光层以下。要想深入的了解海洋表层硝化作用，还需对氨氧化古菌的分布和活性进行进一步的了解。皮摩尔和纳摩尔级浓度的Fe限制了微生物在大部分表层海域生存。虽然氨氧化过程被认为依赖于微量元素，但Fe在AOA生长中的作用并不清楚。本文就通过对N. maritimusSCM1菌株，一种在代表全球丰富的海洋AOA菌株的研究探讨氨氧化古菌对Fe的需求量与吸收策略。利用微量金属清洁培养技术(trace metal clean culturing techniques)，我们发现N. maritimus的生长由Fe的可利用性决定，表现为N. maritimus的游离的无机Fe半饱和常数(Ks)比许多其他的对Fe的亲和力没有那么高的海洋浮游植物和异养细菌的高出1-2个数量级。另外，我们发现虽然不能通过自身产生铁载体来加强Fe的获取，但N. maritimus可以通过外源性铁载体desferrioxamine B (DFB)来实现，就类似于在浮游植物通过还原性摄取途径。本文认为AOA在海洋表层水体的生长主要由Fe限制，加深了我们对AOA在生理和机理层次上的理解，对生态系统动力学和N的生物地球化学具有重要意义。
文章重要图表说明
Fig. 1 非螯合的无机Fe`对NO2-的产量对SCM1菌株的生长速率的影响。误差棒表示标准差，n=20
Fig. 2 用Chrome Azurol S (CAS)处理，SCM1上清培养液分别在Fe浓度为300 pmol/L (蓝色虚线)和1050 pmol/L(蓝色实线)培养下在400-800 nm时的吸光值。Fe载体产生意味着吸光值的下降(未接种SCM1的培养基用黑色实线表示)，用黑色箭头表示。使用10 pmol/L DFB溶液做阳性对照。
Fig. 3 分别在EDTA 缓冲液(可利用的底物为无机Fe`)和DFB缓冲液(无机Fe基本可忽略不计，所有的Fe与DFB结合形成FeDFB)下Fe对SCM1菌株生长速率的影响，以及二价铁(Fe(II))特异性螯合剂-铁嗪(FZ)在这些培养基中对SCM1生长速率的影响。n.g.表示无SCM1生长。x轴表示底物(Fe`或FeDFB)的浓度。误差棒表示标准差，n=11
Fig. 4 a图：浮游植物与异养细菌的数据拟合Monod曲线(Monod curves)显示，与本研究(对SCM1的研究)相比，无机铁(Fe`)对相对生长速率(µ/µmax)的影响。海洋中总Fe (实线)与无机Fe` (虚线)的浓度范围见图a。数据来源于参考文献85-92。b图：基于Monod拟合曲线的半饱和常数(Ks)。c图：浮游植物、异养细菌及SCM1对Fe`的吸收速率(L cell-1h-1)与表面积的关系。d图：临界细胞的Fe:P值是根据细胞在Fe限制下的相对生长速率与细胞Fe:P的线性回归评估。公开的数据及参考文献见附表1和2
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