《ISME杂志》：科学家阐释地球化学循环中磷酸盐控制

美国科学家证明了PhoX能够作为无机磷酸盐（Pi）压力的标志

　　确定磷酸盐如何有效地控制细菌生长对于我们更好地理解地球化学循环至关重要。在《ISME杂志》上发表的一篇文章中，美国科学家证明了PhoX—— 一种广泛分布在海洋细菌生态学原子团中的碱性磷酸盐——能够作为无机磷酸盐(Pi)压力的标志。

　　据《自然》杂志在线报道，由于海洋的上层耗尽了溶解的Pi，因此浮游生物的细菌被迫通过不同的方式应付磷酸盐匮乏的局面。在大肠杆菌中，这种磷酸盐缺乏导致了Pho调节子的激活。这种调节子能够编码对于Pi清除非常重要的蛋白质，包括碱性磷酸酶PhoA，后者能够分解周质中的磷酸盐酯，从而释放Pi。在海洋微生物群落中，碱性磷酸酶活化是一个有用的测量标准。然而，宏基因组研究迄今为止却无法识别PhoA的同源染色体，这表明可能存在另一种可供选择的碱性磷酸酯。

　　美国新泽西州新布伦兹维克市Rutgers大学的Marta Sebastian和James W Ammerman在海洋宏基因组全球海洋样本(GOS)数据库中进行了搜索，发现PhoA的同源染色体仅仅存在于几种海洋菌株中(包括γ-变形菌和拟杆菌)。然而，对GOS数据库进行的序列分析，以及一个海洋PCR的调查，却识别出470多种PhoX——另一种碱性磷酸酶，与PhoA没有同源现象——的同源染色体。这些类PhoX序列广泛分布于不同的细菌门中。海洋细菌Silicibacter pomeroyi和Roseobacter denitrificans的磷酸盐缺乏造成碱性磷酸酶活性的强烈诱导，以及被染色体编码的PhoX的表达的增加。有趣的是，Roseobacter denitrificans在其pTB1巨型质粒上携带了第二种PhoX基因。然而，研究人员仅仅观察到这种PhoX副本的弱化表达，并且基因对Pi也没有响应。Silicibacter pomeroyi中PhoX的突变失活导致伴随Pi缺乏的碱性磷酸酶活性的诱导减少了10倍。

　　对两种海洋后转录物组学数据组和它们响应的宏基因组进行的分析显示，与PhoA相比，PhoX更加富集于营养贫乏的环境中，后者的特点是具有低丰度溶解的营养物质和高氧水平。然而，在某些细菌中，例如拟杆菌，PhoA被发现对于Pi的压力响应是非常重要的。海洋细菌在Pi压力响应中的这种异质性突出了确定额外分子标记——例如PhoX——的重要性，从而更好地了解全球生物地球化学平衡中的磷酸盐控制。

　　与PhoA相比，PhoX的分布可能更为广泛，这是因为PhoX被捆绑的Ca²⁺所激活，而PhoA则依靠Zn²⁺来激活。在海洋环境中，Zn²⁺通常以亚纳摩尔的浓度存在，从而使得细菌更喜欢利用PhoX而非PhoA。研究人员认为，还需要进行更多的工作来确定是否真是这样。