7月20日，國際學術期刊mBio刊發了題為“Deep-sea in situ insights into the formation of zero-valent sulfur driven by a bacterial thiosulfate oxidation pathway”的文章，報道了中國科學院海洋研究所孫超岷課題組在深海冷泉原位環境驗證細菌氧化硫代硫酸鈉形成單質硫新型途徑的研究成果，為深海原位研究微生物特殊生命過程提供了可借鑒的手段，也為解釋我國南海冷泉噴口廣泛分布硫單質的成因提供了理論證據。 

　　在前期科考調查中，海洋所張鑫研究組基于拉曼光譜觀測到我國南海冷泉環境中單質硫含量豐富，但是形成原因不清晰。孫超岷課題組發現一株冷泉細菌Erythrobacter sp. 21-3能基于一條新型硫氧化途徑高效氧化硫代硫酸鈉形成單質硫，該新型硫氧化途徑在很多深海微生物中都存在，對深海硫元素循環有重要貢獻（ISME J, 2020）。但限于各種原因，該硫氧化途徑在深海原位是否發生一直未得到驗證。借助2020年“科學號”考察船的南海冷泉航次，孫超岷課題組將冷泉細菌Erythrobacter sp. 21-3及其突變株布放到深海冷泉噴口附近原位培養了10天，收回細菌培養物后，綜合運用拉曼光譜、蛋白組學、分子生物學及分子遺傳學等手段證實該菌株在深海原位的確能形成硫單質，而敲除掉硫氧化途徑中關鍵基因tsdA(Thiosulfate dehydrogenase)及soxB (Thiosulfohydrolase)后，細菌形成硫單質的能力大幅下降，這與實驗室的研究結果高度一致。與實驗室結果不同的是tsdA敲除株在實驗室條件下不能利用硫代硫酸鹽產生單質硫，而原位條件下卻能夠產生單質硫，經過研究發現該突變株能夠利用深海冷泉廣泛存在的連四硫酸鹽啟動上述硫氧化途徑形成單質硫；而在實驗室條件下，連四硫酸鹽需要TsdA代謝硫代硫酸鹽形成。上述結論的差異也提示深海研究工作者需要綜合考慮實驗室和深海原位的條件差異，進行更為全面的實驗驗證才能真正了解深海微生物的真實生命過程，這些研究的順利進行需要生物、地質、物理海洋等多學科交叉合作才能完成。進而，研究人員發現相比于能夠產生少量單質硫的tsdA敲除株，不產生單質硫的soxB敲除株下調的蛋白總體集中在能量的產生及轉換通路上。相應地，科研人員證實了E. flavus 21-3在實驗室和深海原位均能夠利用單質硫作為營養源進行生長。相比之下，原位條件下，E. flavus 21-3的單質硫產生途徑對其生長、能量的生成和轉化來說意義更為重要。最后，研究人員基于宏基因組測序手段發現冷泉的在冷泉沉積物硫代謝基因豐度最大的表層，具有新發現的硫氧化途徑的細菌基因組約占組裝基因組總數的25%，認為該通路的在冷泉當中具有一定的普遍性，推測對于冷泉的硫循環有重要貢獻。 

深海原位實驗流程圖

深海原位驗證細菌基于新型硫氧化途徑產生單質硫的過程 

蛋白組學手段研究實驗室及原位條件下細菌產生單質硫的生物學功能 

深海冷泉原位實驗地點不同深度沉積物宏基因組分析 

　　該研究成果第一作者為實驗海洋生物學重點實驗室博士研究生蔡瑞寧，孫超岷研究員為通訊作者。研究得到了青島海洋科學與技術試點國家實驗室“十四五”重大項目、中科院戰略先導專項、中國科學院海洋大科學研究中心重點部署項目等項目聯合資助。 

　　相關論文：Ruining Cai, Wanying He, Rui Liu, Jing Zhang, Xin Zhang, Chaomin Sun*. Deep-sea in situ insights into the formation of zero-valent sulfur driven by a bacterial thiosulfate oxidation pathway. mBio, 2022. Doi: 10.1128/mbio.00143-22. 

　　論文鏈接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/mbio.00143-22