基因组文章 |海草《Nature》2021
转自：http://www.ebiotrade.com/newsf/2021-11/20211104013836030.htm
研究该物种的背景意义: 海草在全球沿海环境中形成广阔的草地，为鱼类提供繁殖地和食物。海草是在大约 1 亿年前从陆生开花植物迁移回大海进化而来的，而水下的海草是否具有与类似陆生植物共生系统，仍然还不清楚。
2021年11月3日，Nature杂志在线发表了来自德国马普研究所Wiebke Mohr课题组题为“Terrestrial-type nitrogen-fixing symbiosis between seagrass and a marine bacterium”的研究论文。该研究鉴定到生活在贫营养地中海中最高产量的海草P. oceanica的根组织内具有能固氮的海洋细菌，其可以向海草提供氨和氨基酸以换取糖与海草形成共生，其发现让人联想到陆生植物固氮共生的特征。
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海草在全球沿海环境中形成广阔的草地，为鱼类提供繁殖地和食物。此外，海草草甸在减少二氧化碳 (CO2 )方面发挥着重要作用，因为它们的生物质产量大。这种生物质生产所需的氮 (N) 通常被认为是海草通过周围环境中的叶子和根吸收，然而也有许多海草在贫营养，N低含量的环境中发现。是否能固氮可能是它们持续成功的关键，尤其是在缺氮水域，一直是许多海洋微生物学研究的焦点。事实上，已经在海草叶、根和周围的沉积物中发现了固氮的迹象。然而，到目前为止，还没有发现海草与固氮细菌之间的直接关联。
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该研究选取了生活在贫营养地中海中最高产量的海草P. oceanica，并使用遗传分析以及16S rRNA 偶联荧光原位杂交的技术，以视觉识别海草组织样本中的固氮细菌。研究发现这种细菌以高密度存在于P. Oceanica 根组织中，相当于根中所有细菌的 80%，并将其命名为“ Candidatus Celerinatantimonas neptuna”。此外，该研究还发现该细菌的16S rRNA序列与先前从盐沼草样本中分离的固氮细菌具有 95% 的相似性。同时对该细菌mRNA转录本的分析得到与固氮系统相关的蛋白质（例如结构蛋白和电子转移所需的蛋白质）的表达，以及作为有助于所需氧气管理的相关系统。同时，海草中的几个高度转录的基因表明该系统对固氮后产生的氨基酸合成的潜在贡献。
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之后，该研究在该系统中添加了含有氮15同位素 ( 15N 2 ) 的氮气，结果显示细菌介导的固氮与海草的直接相关性，并且可以满足植物在生长季节的大部分氮需求。此外，在实验过程中，几种氨基酸（预计会通过固氮产生的氨迅速产生）中示踪氮的水平增加，这一发现与细菌和植物之间分子的活跃交换一致。
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综述所说，该研究结果暗示了一个类似于陆生豆科植物-微生物固氮系统的系统，即植物为微生物提供碳水化合物，这些碳水化合物使用最近固定的氮转化为氨基酸，然后将氨基酸转移到植物。后续的研究将会关注到海草如何调控固氮细菌的生长，及如何分离出固氮细菌进行进一步的分析。
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