缺氧海洋环境中溶解有机物的需氧代谢

《The ISME Journal》：Oxygen-dependent metabolism of dissolved organic matter in hypoxic marine environments

　　

摘要

低氧海洋环境是动态热点，其中的微生物活性和溶解性有机物质（DOM）循环发生改变，这对理解生态系统对日益加剧的人类活动压力的响应具有重要意义。缺氧屏障假说（HBH）提出了一种机制，即在缺氧条件下，通过抑制非呼吸性氧化酶，DOM 循环可能会发生改变，而呼吸作用则继续进行。为了研究 DOM 组成中依赖于氧气的变化以及 HBH 的后果，我们将受控中宇宙实验与非靶向代谢组学相结合，以识别在缺氧处理中积累的化合物类别。在 KEGG 代谢图谱中，这些化合物中的许多需要非呼吸性氧化酶来进行分解代谢，当在微生物群落实验中进行测试时，它们的分解代谢受到缺氧的抑制，从而验证了氧依赖性溶解性有机物质（ODDOM）的概念。鉴定出的 ODDOM 分子显示出与 DOM 稳定性增加相关的化学特征，包括芳香性增加、碳氧化态升高和饱和度降低。在对来自三次海洋学调查航次的 FT-ICR-MS 数据集进行荟萃分析时，该数据集包括跨氧梯度采集的样品以及氧最小层（OMZ）水域内的样品，结果显示，化学性质类似于中宇宙实验得出的 ODDOM 的分子在北太平洋的氧跃层中积累。在中宇宙实验中，许多微生物分类群的生长不受缺氧影响，而另一些则受到缺氧的刺激或抑制，这表明微生物对该范围内氧浓度的适应具有尚未探索的复杂性。这些发现表明，缺氧可以在机制上限制决定 DOM 生物可利用性的酶促途径，这对扩展的海洋氧最小层中的微生物碳循环和微生物进化具有影响。