丰富且代谢灵活的细菌谱系支撑深海暗环境通过Rubisco进行碳固定的巨大潜力

背景 Rubisco是地球上最丰富的酶之一，是无机碳进入生物圈的关键通道。尽管如此，rubisco多样性的全貌以及利用其进行碳固定的生物的生物学特性仍在不断揭示中，特别是在如深海这样的无光生态系统中。 结果 我们沿加利福尼亚海岸的一条空间分辨断面生成了15个宏基因组，并将它们与全球分布的公共数据相结合，以检查暗水柱中编码rubisco的生物的多样性、分布和代谢特征。在绝大多数样本中检测到具有I型和/或II型rubisco的生物，它们约占分箱微生物群落的20%。在150米及以下深度，通过rubisco进行自养碳固定的潜力主要由两个γ-变形菌纲目和SAR324主导，它们编码I型或II型rubisco。这些生物中的许多还拥有氧化还原态硫化合物的基因，这可能为碳固定提供能量。表层和中层水域的转录组分析表明，所有主要形式的rubisco（I、II和III型）在深水柱中都可以高表达，但并不组成型表达，这与代谢灵活性一致。 结论 我们的结果表明，通过rubisco固定碳的遗传潜力在黑暗海洋中显著且空间广泛。我们鉴定了几种特别丰富且世界性的编码rubisco的物种，强调了它们在深海化能自养和全球海洋碳循环中可能发挥的关键作用。