新的根瘤菌-硅藻共生解決了長(zhǎng)期存在的海洋之謎

氮是所有生物體的重要組成部分。它也是控制陸地作物以及產(chǎn)生地球上一半氧氣的微觀海洋植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵元素。大氣中的氮?dú)馐瞧駷橹棺畲蟮牡獛?，但植物無法將其轉(zhuǎn)化為可用的形式。

相反，大豆、豌豆和苜蓿(統(tǒng)稱為豆類)等農(nóng)作物獲得了根瘤菌伙伴，可以將大氣中的氮“固定”成銨。這種伙伴關(guān)系使豆類成為食品生??產(chǎn)中最重要的蛋白質(zhì)來源之一。

德國(guó)不萊梅馬克斯普朗克海洋微生物研究所的科學(xué)家們現(xiàn)在在《自然》雜志上報(bào)告說，根瘤菌也可以與稱為硅藻的微小海洋植物形成類似的伙伴關(guān)系，這一發(fā)現(xiàn)解決了一個(gè)長(zhǎng)期存在的海洋謎團(tuán)，并可能具有深遠(yuǎn)的意義。達(dá)到農(nóng)業(yè)應(yīng)用。

隱藏在硅藻中的神秘海洋固氮?jiǎng)?/p>

多年來，人們一直認(rèn)為海洋中的大部分固氮是由稱為藍(lán)細(xì)菌的光合生物進(jìn)行的。然而，在廣闊的海洋區(qū)域，沒有足夠的藍(lán)藻來解釋測(cè)量到的固氮作用。因此，引發(fā)了一場(chǎng)爭(zhēng)議，許多科學(xué)家推測(cè)非藍(lán)藻微生物一定是造成“缺失”固氮作用的原因。

“多年來，我們一直在尋找編碼固氮固氮酶的基因片段，該酶似乎屬于一種特定的非藍(lán)藻固氮?jiǎng)?rdquo;該研究的主要作者 Marcel Kuypers 說。 “但是，我們無法準(zhǔn)確地弄清楚這個(gè)神秘的生物是誰，因此不知道它對(duì)固氮是否重要。”

2020年，科學(xué)家們從不來梅前往熱帶北大西洋，參加由兩艘德國(guó)科考船參與的探險(xiǎn)活動(dòng)。他們從該地區(qū)收集了數(shù)百升海水，全球海洋固氮作用大部分發(fā)生在該地區(qū)，希望能夠識(shí)別和量化這種神秘固氮?jiǎng)┑闹匾?。他們花了三年時(shí)間才最終拼湊出它的基因組。

“這是一項(xiàng)漫長(zhǎng)而艱苦的偵探工作，”該研究的第一作者、生物信息學(xué)專家 Bernhard Tschitschko 說，“但最終，基因組解決了許多謎團(tuán)。”

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