近日，我所生物重点实验室董西洋研究员团队联合浙江大学海洋生物与药物研究所章春芳教授团队在Microbiome（中科院一区top）发表了题为“Evidence of microbial reductive dehalogenation in deep-sea cold seeps and its implications for biogeochemical cycles”的研究论文。研究团队发现还原脱卤是深海冷泉中的一个重要生物地球化学过程，由系统发育多样微生物编码的还原脱卤基因介导。冷泉中丰富且多样的还原脱卤基因及其与多种重要的代谢关联，突显了微生物脱卤在冷泉生物地球化学循环中的重要地位。多样的还原脱卤酶和脱卤微生物也为环境修复提供了潜在的新型基因资源与功能菌株。

图1 深海冷泉中潜在的还原脱卤微生物及其还原脱卤酶信息

深海蕴藏着丰富的有机卤化物，它们经由各种生物或非生物途径产生，并在深海中逐渐积累。有机卤化物不仅为深海微生物提供碳源和能量，而且微生物介导的脱卤代谢也显著影响有机碳的周转，这对于深海生物圈的碳和卤素循环至关重要。然而，深海冷泉中有机卤化物还原微生物的多样性及其生态功能知之甚少，而还原脱卤酶（RdhA）由于功能鉴定的数量有限且序列相似性低，也难以实现系统分类。为弥补实验解析RdhA结构数据不足的限制，本研究利用了基于AI的蛋白质结构预测，揭示了该酶家族的结构与功能多样性。在全球冷泉的165个宏基因组数据中鉴定出3,993个潜在的rdhA基因，归属于四个不同的系统发育类群，其中包括一个新分支。这些基因的丰度与硫酸盐还原基因相当，远高于其他的深海生境。实验室培养实验也直接验证了沉积物中微生物的脱卤活性。共有来自40个门的细菌和古菌编码RdhAs，这些微生物在氢、硫、碳和氮等关键生物地球化学循环中发挥重要作用，说明有机卤代物代谢可能直接或间接参与多种生物地球化学过程。微生物所编码RdhAs在不同基因类群中具有多样的N端结构，且受纯化选择。特别值得注意的是，我们鉴定出一个新型RdhA类群，兼具跨膜结构域与经典呼吸型RdhA的特征。

综合代谢组、转录组和实验数据，本研究提供了多方面证据支持还原脱卤作在深海冷泉生态系统中的重要地位。深海冷泉环境展现出作为新型酶资源库的潜力，为深入理解还原脱卤过程中的序列-结构-功能关系提供了基础，并有望为未来有机卤代污染物的生物修复应用开辟新方向。

图2 冷泉还原脱卤酶的结构进化树

我所生物重点实验室韩迎春助理研究员，浙江大学海洋生物与药物研究所邓招超博士后和Monash University的在读博士生彭用一同学为本文共同第一作者，我所生物重点实验室董西洋研究员和浙江大学章春芳教授为共同通讯作者。其他参与者包括彭佳雪、曹磊、徐杨如、杨毅、周豪、张陈、张冬冬、王敏晓和Chris Greening。本研究得到了国家自然科学基金项目、海洋三所基本科研业务费和福建省自然科学基金项目等科研项目的资助。

论文原文链接：https://doi.org/10.1186/s40168-025-02147-1