白菜官网李文均教授团队在珠江口沉积物木质素及木质素衍生芳香化合物的微生物降解研究中取得进展

　河口是陆源有机碳(TerrOC)转化和埋藏的关键区域之一，在全球碳循环中发挥着重要作用。虽然在河口区域TerrOC的转化和降解主要是由微生物驱动的，但其具体参与的微生物类群和降解过程仍基本未知。木质素作为标志物已被广泛用于研究TerrOC在河口和海洋环境中的输入、迁移和埋藏过程。木质素是最丰富的TerrOC之一，来源于陆生和近岸维管植物的细胞壁。木质素在从河流到海洋的运输过程中，近55%的木质素通过破坏酚类结构而降解。异养微生物的代谢被证明是自然环境中木质素降解的主要途径，主要经过两个步骤：(1)木质素大分子通过初级降解分解为较小的芳香化合物；(2)次级降解者对生成的芳香化合物进行环裂变。但我们对微生物木质素降解的认识主要来自陆地环境，由于依赖培养的方法的局限性和水生微生物群落的复杂性，我们对微生物驱动的木质素在河口沉积物中的降解仍知之甚少。此研究收集了珠江口(PRE)纵剖面上14个站点的表层沉积物(图1)。

图1 采样地图

　　结合分析化学、宏基因组学和生物信息学等方法，分析了木质素/木质素衍生芳香化合物的组成、来源、降解途径及其可能的分解者（图2）。我们发现聚合木质素或木质素衍生芳香化合物的降解者大部分来自变形菌门(Proteobacteria, Deltaproteobacteria, Gammaproteobacteria等)，同时也发现了一些以前未报道过的木质素降解者(如Nitrospria, Polyangia, Tectomicrobia_uc)（图3；图4）。

图2  PRE中不同木质素参数的空间分布图

图3 预测PRE中木质素片段的降解途径和降解者(纲水平)

图4　柱状图和热图分析木质素(a)降解者在纲水平上的相对丰度和(b)降解基因的丰度

木质素降解基因的丰度呈现出明显的空间分布规律，磨刀门附近区域为潜在的降解热点区域。丁香基木质素片段、3,4-PDOG和4,5- PDOG路径为主要的潜在木质素衍生芳香化合物的降解路径。值得注意的是，阿魏酸代谢途径基因丰度与木质素氧化和去甲基化/去甲氧基化程度以及植被来源存在显著相关性(图5)。此外，2,3-PDOG降解途径基因丰度也与木质素氧化程度呈显著正相关。本研究为河口地区TerrOC的微生物降解过程提供了一定的理论支撑。

图5 不同途径基因丰度与木质素参数的相关性

该成果以“Unraveling microbe-mediated degradation of lignin and lignin-derived aromatic fragments in the Pearl River Estuary sediments”为题发表于 环境科学与生态学期刊《Chemosphere》。白菜官网博士后李佳岭为本论文的第一作者，白菜官网李文均教授和生态学院博士后王攀登作为共同通讯作者，华东师范大学吴莹教授、美国肯特州立大学牟晓真副教授、2023白菜网址官网大全海洋科学学院吴加学教授等为该论文的共同作者，2023白菜网址官网大全为该成果的第一完成单位。这项工作得到了国家自然科学基金 (32061143043)、中国博士后科学基金项目(2018M643294, 2020M683029)、南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）创新团队项目（311020004, 311020006）、中央高校基本科研业务费专项资金（No. 19lgpy200）和广东省基础与应用基础研究基金（2020A1515011139）的资助。

论文连接: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.133995

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