深圳国际研究生院蔡中华团队在单细胞蓝细菌的固氮领域取得新进展

       固氮蓝细菌能够将生物不可利用的氮气（N₂）固定为生物可利用的铵盐，但其却在通常缺氮的沿海水域中非常少见。传统观点认为沿海水域的高盐度（>10 g/LNaCl）会抑制蓝细菌的固氮。然而，本研究表明一类沿岸单细胞蓝细菌的固氮完全依赖于钠离子（Na⁺），且在低NaCl浓度（<4 g/L）下被完全抑制。进一步的研究表明钠离子能量学在其中扮演着关键作用。

图1 固氮蓝细菌中钠离子能量学的跨细胞膜图示

近日，清华大学深圳国际研究生院蔡中华教授团队报告了单细胞固氮蓝细菌的钠离子依赖固氮策略。研究发现，在没有Na+的情况下，Cyanothece sp. ATCC 51142（最近被重新分类为Crocosphaera subtropica）的固氮酶合成基因表达上调，合成更多的固氮酶，但细菌不能进行固氮，也不生长；Na+缺失时，固定N₂能力的丧失是由于ATP供应不足。其他实验表明，固氮是由钠离子能量学和混合酸发酵驱动，而不受传统的氢离子能量学和有氧呼吸影响。

上述成果以“单细胞蓝细菌依赖钠离子供能固定N₂ （A unicellular cyanobacterium relies on sodium energetics to fix N₂）”为题于 2024年11月9日发表在《自然•通讯》（Nature Communications）杂志上。

论文第一作者为清华大学深圳国际研究生院博士后唐思（清华大学水木学者），通讯作者为清华大学深圳国际研究生院蔡中华教授与德国基尔大学副教授卡特琳·哈默施密特（Katrin Hammerschmidt），其他作者还包括清华大学药学院蒋宇扬教授，清华大学深圳国际研究生院海洋工程研究院周进副教授，清华大学深圳国际研究生院2022级硕士生程雪玉、2023级博士生刘亚情、2019 级博士生刘璐、 2018 级博士生晏琦、博士后朱建明。该研究接受了深圳市可持续发展专项的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-53978-9

文/图：程雪玉

编辑：彭锦涛

审核：王希林