高盐环境下Dehalococcoides亚种与Dehalogenimonas的基因组特性揭示三氯乙烯完全脱氯机制

本研究针对全球盐渍化加剧背景下高盐环境中有机卤化物降解难题，通过梯度盐度反应器和宏基因组分析，首次发现Dehalococcoides（Dhc）Cornell亚群与Dehalogenimonas（Dhg）能在31.3 g/L高盐条件下将三氯乙烯（TCE）完全脱氯为乙烷，并鉴定出核糖体蛋白L33p基因和低等电点蛋白等关键耐盐特征，为盐渍化环境生物修复提供新策略。

　　

全球土壤和地下水的盐渍化正因气候变化、海水入侵和人为活动而加剧，这不仅威胁农业和生态系统，更会破坏微生物介导的生物地球化学循环。其中，有机卤化物呼吸菌（OHRB）对卤化污染物的降解能力备受关注，但高盐环境会显著抑制其活性。目前已知的Dehalococcoides mccartyi（Dhc）和Dehalogenimonas（Dhg）菌株大多在盐度>15 g/L时丧失完全脱氯能力，这严重制约了盐渍化场地的生物修复效率。

为破解这一难题，国立成功大学环境工程系的研究团队通过长期驯化反应器结合多组学分析，首次揭示了Dhc Cornell亚群和Dhg在高盐条件下（最高达31.3 g/L）仍能实现三氯乙烯（TCE）至乙烷的完全脱氯，相关成果发表于《ISME Communications》。研究采用梯度盐度反应器（5.3-34 g/L）进行长达2000天的连续培养，结合PacBio全长16S rRNA测序和Illumina宏基因组测序，通过比较基因组学分析耐盐机制，并利用qPCR监测功能基因表达。

3.1 盐度对TCE脱氯的影响
批次实验显示，当盐度>15 g/L时脱氯速率（k_{TCE-to-ethene}）下降68.3%，但长期驯化的反应器在23.7 g/L盐度下仍保持0.2-0.27 day^-1的高效脱氯。

3.4 系统发育与基因组特征
宏基因组组装基因组（MAGs）分析发现，高盐条件下Dhc种群从Victoria亚群转变为Cornell亚群，后者蛋白平均等电点（pI=7.07）显著低于其他亚群（pI>7.16），这种酸性蛋白特征与已知的耐盐微生物进化策略一致。

3.5 高盐适应的分子机制
关键发现包括：（1）Cornell亚群特异性保留核糖体蛋白L33p基因（在31.3 g/L盐度样本中该基因丰度显著升高），其锌指结构可能增强核糖体稳定性；（2）Cornell亚群呈现独特的密码子使用偏好（如精氨酸CGG、缬氨酸GUC），与极端环境微生物的翻译优化策略相似；（3）Dhg拥有更完整的渗透调节基因（如ectoine合成基因），但Dhc Cornell亚群通过L33p和密码子偏好的协同作用实现耐盐性。

这项研究不仅首次阐明OHRB在高盐环境下的适应性进化机制，更发现L33p基因在多种盐环境细菌中的广泛分布，暗示其可能作为微生物耐盐的通用标记物。通过揭示Dhc亚种水平的基因组分化规律（Cornell亚群耐盐而Victoria/Pinellas亚群敏感），为定向选育耐盐菌株提供了分子靶点。在实际应用层面，研究证实乳化油基质（EOS）作为电子供体可缓解高盐胁迫，这对沿海盐渍化工业场地的生物修复具有重要指导价值。