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氮（N）是海洋中限制初级生产力的重要营养素。生物固氮是一种由微生物执行的过程，这些微生物将惰性的氮气（N₂）转化为氨（NH₃），在特定的海洋区域缓解氮的限制。这个过程在全球海洋初级生产力中起着至关重要的作用，据估计它维持了全球海洋初级生产力的50%。由于固氮酶能量和酶促要求，海洋 N₂固定研究主要针对热带、氮有限和铁充足的海洋区域，导致采样偏向大型蓝藻固氮菌，但随着DNA测序技术的发展，我们发现了更多的固氮微生物，包括广泛分布的非蓝藻类固氮细菌（如γ-变形菌）。由于大多数固氮菌采样历来都集中在环流系统和暖水地区，因此缺乏对异养细菌固氮菌 (HBD) 群落（包括主要代表）的全面研究。
发表在Science Advances上的研究《Nitrogen fixation in the widely distributed marine γ-proteobacterial diazotroph Candidatus Thalassolituus haligoni》表明，首次分离并表征的海洋γ-变形菌固氮菌：CandidatusThalassolituus haligoni属于Oceanospirillales目，是一种异养细菌固氮菌。基于nifH基因的扩增子测序分析，Candidatus Thalassolituus haligoni在太平洋、大西洋和北冰洋中广泛存在。这表明这种细菌具有全球分布特征。泛基因组分析显示，这种细菌与最近从北冰洋回收的未培养基因组Arc-Gamma-03共享超过99%的基因组相似性。这进一步支持了它的广泛分布和重要生态地位。通过基因组、蛋白质组和生理学分析，我们证实了Candidatus Thalassolituus haligoni能够进行氮气（N₂）固定。然而，其固氮酶的调控机制仍不清楚，这需要进一步研究。这种细菌对C4碳源的优先利用和在不同海洋区域的高丰度表明，它在海洋生态系统中扮演着重要角色。作为一种模式种，Candidatus Thalassolituus haligoni将有助于我们理解异养细菌固氮菌在全球海洋氮循环中的功能作用。
Global surface distribution (0 to 30 m) of Cand. T. haligoni
Scanning electron microscopy and genomic, proteomic, and genome-assisted metabolic models of Cand. T. haligoni
参考文献
Sonja A. Rose et al. ,Nitrogen fixation in the widely distributed marine γ-proteobacterial diazotroph Candidatus Thalassolituus haligoni.Sci. Adv.10,eadn1476(2024).DOI:10.1126/sciadv.adn1476
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