深入认识代谢途径和生长温度对WP3膜脂碳同位素分馏的影响
近日，上海交通大学海洋学院地质微生物学团队在地球化学领域经典期刊《Chemical Geology》上发表题为“The effects of metabolism and temperature on carbon isotope composition of lipids in marine bacterium Shewanella piezotolerans WP3”的研究论文。陈新博士后为本文第一作者，王风平教授为论文通讯作者。
脂类生物标志物（如正构烷烃和脂肪酸）单体碳氢同位素（δ13Clipids和δ2Hlipids）被广泛应用于生物地球化学循环、古生态和古环境变化研究。但是，自然环境中δ13Clipids变化异常复杂，例如部分脂类生物标志物来源于异养微生物，且与底物之间碳同位素分馏值（εlipids/substrate）与微生物代谢类型有关。准确解析自然环境脂类生物标志物同位素信号指代的地球化学和生态环境信息，需要深入理解重要环境微生物功能群的代谢类型和环境因子（如生长温度）与碳同位素分馏之间的关系。
图. 脂肪酸与底物之间碳同位素分馏值。
1为本研究，2-6引自前人研究
本研究中，研究者对海洋沉积物中广泛分布的异养铁还原细菌Shewanella piezotolerans WP3在不同单一有机底物（N-乙酰氨基葡萄糖，葡萄糖，丙酮酸钠，乙酸钠，L-丙氨酸和L-谷氨酸）和不同温度（4-25℃）条件下脂肪酸单体碳同位素组成开展了分析，并结合代谢模型，揭示了WP3碳同位素分馏过程与核心代谢途径之间的关系。研究结果表明，εlipids/substrate值与微生物核心代谢途径密切相关（图），其中糖代谢途径分馏最大，三羧酸循环途径分馏较小，这与丙酮酸在丙酮酸脱氢酶作用下转化成乙酰辅酶-A过程中的动力学同位素效应有关。研究还发现，生长温度对WP3脂肪酸碳同位素组成也有一定的影响，最适生长温度条件下（15-20℃）碳同位素分馏大于非最适温度。不同温度条件下酶催化的生物化学反应速率和动力学同位素效应是影响εlipids/substrate值的主要影响因素。
本研究结合脂类碳同位素组成分析与微生物代谢模型，深入认识了代谢途径和生长温度对脂类生物标志物碳同位素分馏的影响，未来有望结合碳和氢二端元同位素组成作为新的研究手段揭示现代和历史时期地球元素生物地球化学循环过程。
研究得到深部生命国际研究中心（IC-DLI）的支持，并获得国家自然科学基金，国家重点研发计划，上海市极地前沿科学研究基地，上海市“超级博士后”和上海市启明星计划扬帆专项基金等项目的资助。
参考文献：
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009254122002571