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Jun 12, 2023

比較研究により、亜熱帯周縁海における原核生物と真核生物のプロトンポンプ・ロドプシンの相対的な重要性が明らかになった

ISME Communications volume 3、記事番号: 79 (2023) この記事を引用 262 アクセス 4 Altmetric Metrics の詳細 海洋微生物中のプロトンポンプロドプシン (PPR) は、太陽エネルギーを

ISME Communications volume 3、記事番号: 79 (2023) この記事を引用

262 アクセス

4 オルトメトリック

メトリクスの詳細

海洋微生物のプロトンポンプロドプシン（PPR）は、太陽エネルギーを生体利用可能な化学エネルギーに変換できます。 細菌の PPR は広く研究されていますが、微小真核生物の対応物はあまり研究されておらず、2 つのグループの相対的な重要性はほとんど理解されていません。 今回我々は、集合体全体のメタトランスクリプトームを配列し、南シナ海北部の大陸棚と斜面部位における微生物の真核生物と原核生物におけるPPRの多様性と発現動態を調査した。 データによると、PPR 転写物プール全体ではプロテオロドプシンとキサントロドプシンが大半を占め、次にバクテリオロドプシン様タンパク質が続き、PPR ユニジーンの数と発現レベルの両方において原核生物が主に寄与しているが、大陸斜面ステーションでは微小真核生物と原核生物が転写物に同様に寄与していることが示された豊富。 さらに、真核生物の PPR は主に渦鞭毛藻によって寄与されており、栄養素濃度と有意な相関関係を示しました。 緑色光を吸収するPPRは主に3μmを超える生物（微小真核生物とその関連細菌を含む）、特に棚ステーションの表層に分布していましたが、青色光を吸収するPPRはどちらの研究でも3μm未満（主に細菌）の群集を支配していました。特に斜面ステーションのより深い層でのサイト。 私たちの研究は、亜熱帯周縁海における原核生物と真核生物の PPR 遺伝子型と発現状況の比較を示しており、海洋微生物間のニッチ分化と適応における PPR の役割を示唆しています。

ロドプシンは現在、生命の 3 つの領域すべてで知られています。 最もよく知られているのは、動物の目の視覚を司る感覚ロドプシンです。 微生物では、より機能的に多様なロドプシンが発生します (微生物ロドプシン) [1]。 微生物のロドプシンの最初の発見は 1970 年代に遡り、当時、Halobacterium halobium のロドプシンはプロトンまたは塩素ポンプとして特徴付けられていました [2、3、4]。 20 年間の休止期間の後、微生物ロドプシンのサブファミリーであるプロトンポンプ ロドプシン (PPR) が SAR86 クレード [5] および海洋表層の他の多くの細菌で発見されたことにより、微生物ロドプシンへの関心が再燃しました。 PPR は細胞質からプロトンを細胞外に送り出し、ATP 生成を促進する力を持つプロトン勾配を作り出します [6]。 これらの光エネルギーを捕捉するロドプシンは、海洋の光帯にある小さいサイズの粒子 (<0.8 μm) の 48% [7, 8]、または海洋表層に生息する細菌の 13 ～ 70% に存在すると広く報告されています [9, 10]。 。 現在では、水生系（海洋および淡水系を含む）から陸地系 [11]、熱帯 [12] から極地 [13、14]、そして分類学的には巨大生物から地球規模まで、世界中に豊富に分布していることが知られています。ウイルスおよび真正細菌生物 [2、14、15、16] から真核微生物 [17、18]。

これまでに報告されているプロトンポンプ微生物ロドプシンのほとんどは、細胞内でATPを生成する機能を持つ外向きプロトンポンプであるが、内向きプロトンポンプロドプシン（すなわち、キセノルロドプシンおよびシゾロドプシン）も報告されている[19、20、21]。 その理由と簡潔さのため、今後、PPR という用語は、本研究の焦点である外向きプロトンポンプ ロドプシンであることが判明した微生物ロドプシンを表すために使用されます。 これまでに発見されている PPR には、プロテオロドプシン (PR) [22、23、24]、バクテリオロドプシン (BR) [25]、キサントロロドプシン (XR) [26、27]、エクイグオバクテリウム ロドプシン (ESR) [28]、およびアクチノロドプシン (ActR) [29] が含まれます。 ]。 上で述べたように、PPR は膜電位を過分極させることができ、これにより PPR 含有微生物に利益をもたらす ATP が合成される可能性があります [30]。 しかし、さまざまな PPR が栄養の乏しい環境でキャリア微生物の増殖または生存を促進することが一般に研究で示されているにもかかわらず、多様な PPR の生態学的役割は完全には明らかではありません [24、31]。 渦鞭毛藻では、PPR は、食物、栄養素が制限された、または光が制限された条件下での成長をサポートするエネルギーを提供する可能性があります [32、33]。 珪藻では、PPR は鉄制限への対処に関与していると考えられています [18]。