北冰洋光异养细菌中丙酮羧化途径存在的证据

羧化酶是自然界中最重要的酶类之一，因为它们能够催化无机碳（CO2）的固定，而这是全球碳循环中的核心步骤。除了其在自养型CO2固定中的众所周知功能外，许多羧化酶还在有机化合物的异养同化过程中发挥作用。在本研究中，我们基于沿北冰洋纬向断面采集的宏基因组数据，提供了参与光异养细菌丙酮降解过程的一条同化性羧化途径的基因组学证据。这种特殊代谢与一类γ-变形菌纲的单一种群（Porticoccus arcticus）相关联。与Porticoccus属的近缘类群相比，P. arcticus具有更为精简的基因组，但其仍保留了完整的丙酮羧化途径，同时通过侧向基因转移获得了多个细菌视紫红质基因。北冰洋宏转录组数据显示，在贫营养的北极表层海水中，丙酮羧化酶和视紫红质基因是P. arcticus中表达量最高的基因之一。在多年北冰洋16S rRNA时间序列中，P. arcticus序列被持续检测到，并且其丰度往往较高（最高可达9%），这支持了其在北极海洋系统中的生态学重要性。总体而言，本研究报道了海洋中的一个代谢模块（丙酮羧化），该模块可能使光异养细菌能够通过CO2同化增强其生物合成能力。

羧化酶是自然界中最重要的酶类之一，因为它们能够催化无机碳（CO2）的固定，而这是全球碳循环中的关键步骤。除在自养型CO2固定中的众所周知功能外，许多羧化酶还在有机化合物的异养同化中发挥作用。在本研究中，我们基于沿北冰洋纬向断面采集的宏基因组数据，提供了涉及光异养细菌中丙酮降解的同化性羧化途径的基因组学证据。这种特殊代谢与γ-变形菌纲的单一类群（Porticoccus arcticus）相关联。与Porticoccus的近缘类群相比，P. arcticus 具有更精简的基因组，但仍保留了完整的丙酮羧化途径，同时通过侧向基因转移获得了多个细菌视紫红质基因。北冰洋宏转录组数据显示，在贫营养的北极表层海水中，丙酮羧化酶和视紫红质基因是P. arcticus中表达量最高的基因之一。在多年北冰洋16S rRNA时间序列中，P. arcticus 序列被持续检测到，并且常常具有较高丰度（最高可达9%），这表明其在北极海洋系统中具有生态学重要性。总体而言，本研究报道了海洋中的一个代谢模块（丙酮羧化作用），该模块可能使光异养细菌能够通过CO2同化增强其生物合成能力。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.16.745133v1?rss=1

🏷️ 北冰洋 光异养细菌 丙酮羧化 宏基因组 细菌视紫红质 碳同化