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难降解的聚糖是褐藻充当碳汇的原因

 

来源:Max Planck Society                                   发布时间:2020年5月26日

 

       褐藻是一种你可能不喜欢,但几乎每个人都知道的物种。褐藻通常被称为墨角藻,遍布整个德国沿海地区。巨褐藻沿海岸生长紧密,形成漂浮的聚集体,从西向东覆盖大西洋。一些生态学家认为褐藻生态系统堪比陆地上雨林,在这些“藻类森林”中储存了大量的二氧化碳,使其成为全球碳循环的重要组成部分。

 Verrucomicrobia are abundant and specialized polysaccharide degraders.  Credit:Nature Microbiology

       褐藻通过固定大量的二氧化碳在全球碳循环中扮演着重要的角色。由于死亡褐藻的微生物分解比其他海洋植物慢,因此褐藻固定的二氧化碳在海洋中的停留时间更长,从而成为良好的碳汇。最近德国马克斯·普朗克海洋微生物研究所的研究人员致力于研究褐藻成为良好碳汇的原因。相关研究成果发表在《自然微生物》(Nature Microbiology)杂志上。

       大西洋海岸不是一个舒适的栖息地。褐藻的特殊适应能力使其能够在潮汐、风浪的恶劣环境中生存。原因在于褐藻具有一种特殊的细胞壁结构,使其既坚固又灵活,并使它能够承受大水流和风浪。褐藻细胞壁的主要成分是墨角藻聚糖,它是一种长链聚糖,约占藻干重的四分之一。墨角藻聚糖有可能通过调节细胞壁的水含量保护褐藻在低潮时不会变干。

       尽管多糖是细菌最喜欢的能源物质,但是微生物群落对褐藻多糖的水解慢于其他藻多糖,从而可能充当碳汇。研究人员分析了这种糖在死亡褐藻的长期降解过程中所起的作用。截止目前,仅部分墨角藻聚糖的降解途径被发现,其中涉及大量酶。这些酶要么分布在微生物群落中,要么包含在个别的高度专门化的细菌中。研究人员经过大量筛选后发现一种对墨角藻聚糖具有高度专一化利用的细菌,Lentimonas细菌。

       研究人员发现Lentimonas细菌使用约一百种酶来水解墨角藻聚糖。“这可能是我们所知道的天然物质最复杂的生化降解途径之一。”研究人员称, “对于如此复杂的分解代谢途径,只有少量高度专一化的细菌才能分解这种藻糖,也进一步解释了死亡藻体在环境中充当碳汇的原因”。

       除了碳汇,科学家还对墨角藻多糖降解酶感兴趣,因为它在血液凝固中显示出与肝素相似的作用,从而有作为一种药理活性分子的可能。研究人员称,“研究特异性裂解墨角藻聚糖的酶有助于表征墨角藻聚糖的结构,并对墨角藻聚糖的药物开发和生物技术应用潜力挖掘等方面具有极大的科学意义。”

 

 

原文链接:Sugar turns brown al­gae into car­bon sinks

编译:刘晓琳 

 

 


 


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