Ubiquitous occurrence of a dimethylsulfoniopropionate ABC transporter in abundant marine bacteria.
Ubiquitous occurrence of a dimethylsulfoniopropionate ABC transporter in abundant marine bacteria.
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DOI：
10.1038/s41396-023-01375-3
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发表时间：
2023-04
期刊：
影响因子：
11
通讯作者：
Zhang, Yu-Zhong
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Li, Chun-Yang;Mausz, Michaela A.;Murphy, Andrew;Zhang, Nan;Chen, Xiu-Lan;Wang, Shu-Yan;Gao, Chao;Aguilo-Ferretjans, Maria M.;Silvano, Eleonora;Lidbury, Ian D. E. A.;Fu, Hui-Hui;Todd, Jonathan D.;Chen, Yin;Zhang, Yu-Zhong
二甲基磺基丙酸酯(DMSP)是一种广泛存在于海洋环境中的有机硫化合物，在微生物和全球生物地球化学碳、硫循环中具有重要作用。SAR11分支和海洋玫瑰杆菌群(MRG)代表了地球表面海洋中的两个主要异养细菌群，它们可以积累DMSP到高毫米尔细胞内浓度。然而，很少有研究研究SAR11和MRG细菌如何进口DMSP。在这里，通过比较基因组学分析、遗传操作和生化分析，我们在MRG的模式菌株--圆顶球藻DSS-3中鉴定了一种ABC(三磷酸腺苷结合盒)型DMSP特异性转运蛋白DmpXWV。突变实验表明，DmpXWV是DSS-3株摄取DMSP的关键转运体。DmpXWV的底物结合蛋白DmpX与DMSP具有较高的特异性和亲和力。此外，从结构分析上阐明了DmpX与DMSP的结合机理。DmpX蛋白在SAR11分支和MRG之外的许多世界性海洋细菌中普遍存在，并且dmpX转录在地球上的整个全球海洋中一直很高。因此，DmpXWV可能使远洋海洋细菌能够有效地从海水中进口DMSP。这项研究对DMSP向海洋细菌的运输提供了新的理解，并为海洋细菌的环境适应提供了新的见解。
Dimethylsulfoniopropionate (DMSP) is a ubiquitous organosulfur compound in marine environments with important functions in both microorganisms and global biogeochemical carbon and sulfur cycling. The SAR11 clade and marine Roseobacter group (MRG) represent two major groups of heterotrophic bacteria in Earth’s surface oceans, which can accumulate DMSP to high millimolar intracellular concentrations. However, few studies have investigated how SAR11 and MRG bacteria import DMSP. Here, through comparative genomics analyses, genetic manipulations, and biochemical analyses, we identified an ABC (ATP-binding cassette)-type DMSP-specific transporter, DmpXWV, in Ruegeria pomeroyi DSS-3, a model strain of the MRG. Mutagenesis suggested that DmpXWV is a key transporter responsible for DMSP uptake in strain DSS-3. DmpX, the substrate binding protein of DmpXWV, had high specificity and binding affinity towards DMSP. Furthermore, the DmpX DMSP-binding mechanism was elucidated from structural analysis. DmpX proteins are prevalent in the numerous cosmopolitan marine bacteria outside the SAR11 clade and the MRG, and dmpX transcription was consistently high across Earth’s entire global ocean. Therefore, DmpXWV likely enables pelagic marine bacteria to efficiently import DMSP from seawater. This study offers a new understanding of DMSP transport into marine bacteria and provides novel insights into the environmental adaption of marine bacteria.
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