ArrayJet芯片點樣儀在海洋藻類多糖代謝研究中的應用

瀏覽次數：901　發布日期：2023-5-15　來源：本站　僅供參考，謝絕轉載，否則責任自負

海洋微藻承擔著全球一半的二氧化碳固定任務，與此同時，他們還為擬桿菌(Bacteroidetes)等海洋微生物提供有機底物。在這個過程中，擬桿菌應用碳水化合物活性酶 (Carbohydrate-active enzymes, CAZymes)降解藻類多糖，使之成為能夠被其吸收利用的物質和能量來源，因此，其介導的藻類聚糖降解利用是海洋食物鏈有機質循環的重要環節。在Bacteroidetes的基因組中，編碼Cazyme的基因區域稱為多糖利用區 (Polysaccharide utilization loci, PULs)。目前雖然有一些研究關注PULs降解藻類多糖的過程，但是在海洋微生物中PULs的底物特異性及其降解藻類多糖的分子機制還并不清楚。

該文章于2022年11月發表在The ISME Journal雜志，作者來自于德國不來梅大學海洋環境科學研究中。多糖是參與海洋碳循環的一類含量豐富的生物大分子，不同形式的單糖通過糖苷鍵進行連接，形成了多糖的分子多樣性。為了從多糖中獲取能量和物質，微生物使用CAZymes對多糖的糖苷鍵和化學基團進行分解并加以利用。在此基礎上，根據CAZymes的序列、折疊方式以及底物特異性主要分為糖苷類水解酶（GHs）和碳水化合物酯酶（CEs）。

多糖β-甘露聚糖（β-mannan）在陸生植物中較為常見，但在海洋微藻中還知之甚少。有研究表明擬桿菌是陸地生態系統的多糖降解劑，特別是在人類的腸道中降解β-mannan，但其在海洋藻類生物中的作用還有待研究。在此背景下，作者在海洋擬桿菌基因組中發現了一個具有β-甘露聚糖多糖利用位點的基因：mar_2010_75。為了驗證該基因的功能，作者采用表位缺失微陣列技術來證實這一假設。具體方法是利用英國ArrayJet點樣儀將不同藻類的植物多糖點印在硝酸纖維素膜上與并與攜帶mar_2010_75的PULs進行反應。結果顯示PULs編碼的GH27和GH5_26蛋白具有α-1,6-半乳糖酶和β-1,4-葡聚糖酶活性，表明其底物是半乳甘露聚糖，且β-甘露聚糖PULs受到半乳甘露聚糖的激活。因此判斷PULs可編碼具有活性的甘露聚糖酶、葡聚糖酶和半乳糖酶（圖1）。

圖1.A:從不同種類的硅藻中提取多糖，并將其點印到硝酸纖維素膜上，縱軸是不同種類的硅藻樣本，橫軸是GH26C,GH5_26,對照buffer，甘露聚糖酶，葡萄糖酶，半乳糖淀粉酶，進行反應，檢測采用特異性識別β-1、4-甘露聚糖的探針LM21和特異性識別β-1、3/1、4-葡聚糖的探針BS-400-3；B:2016年自微藻開花期間進行采樣并將其溶解在高分子量溶解有機物（HMWDOM）中進行多糖提取并點樣，采用GH26A,GH26B,對照buffer，甘露聚糖酶進行反應，檢測采用特異性識別β-1、4-甘露聚糖的探針LM21。熱圖中的數值對應于至少兩個重復實驗的平均信號強度（每個提取物由每個陣列中的至少兩個點表示）。每個數據集中的最高平均信號被設置為100，所有其他值都相應地進行歸一化統計。結果表明不同的硅藻分離物中含有β-甘露聚糖和β-葡聚糖。

結合其他實驗結果，作者發現了一種β-甘露聚糖PULs——mar_2010_75，可以被看作是海洋細菌靶向含β-甘露聚糖底物的一個模型。這種降解機制部分與腸道細菌相似，但也有顯著的差異，如編碼的GH5_26蛋白參與其中。這種不同物種間的聚糖酶鏈式反應特異性的揭示了碳循環在初級生產者和次級消費者之間的聯系。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41396-022-01342-4

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