Laminarin 促進單細胞硫酸鹽還原速率，而氧氣抑制沿海海洋沉積物中的轉錄活性

Laminarin stimulates single cell rates of sulfate reduction whereas oxygen inhibits transcriptomic activity in coastal marine sediment

棲息於沿海沉積物中的細菌與古菌，其所驅動之化學循環機制，構成了底棲生態系統中至為關鍵的生物地球化學動力。過往人們常將此類沉積環境視為有機物質最終沉積之靜止終點，然而實際上，這些系統經常受到物理擾動的影響，進而促使微生物呼吸作用的加劇與碳源轉化路徑的複雜化，對整體化學循環造成深遠影響。這篇研究中， Lindsay 等人透過氧化還原酶敏感探針 RedoxSensor Green，量測居住於缺氧沉積物中的硫酸鹽還原菌細胞之電子轉移生理速率，進一步結合 INDEX 螢光活化細胞分選技術（Fluorescence Activated Cell Sorting，FACS）與單細胞基因體定序，成功建立細胞呼吸活動與其基因體背景之間的對應關聯，實現功能與分類的整合性解讀。研究進一步量化出單細胞硫酸鹽還原速率介於 0.01 至 4.7 fmol SO₄²⁻ cell⁻¹ h⁻¹，並確認綠彎菌門 Chloroflexota 為此環境中呼吸活性最顯著之微生物群。即便沉積物中已富含有機質，添加複合多醣體 laminarin 仍顯著促進 Chloroflexota 的呼吸表現。透過後續轉錄體資料分析，發現 Chloroflexota 基因體中具備分解 laminarin 所需的酶類編碼能力，顯示其具有潛力參與多醣體分解與能量代謝。相對地，另一優勢類群 Patescibacteria (Candidate Phyla Radiation) 則顯示出偏向發酵作用的代謝策略，並缺乏典型電子傳遞系統。更值得注意的是，氧氣暴露造成的呼吸速率提升與轉錄活動下降之間呈現脫鉤現象，揭示微生物對短暫氧化條件的複雜反應模式。整體而言，此研究揭示沉積物中一個活性顯著的 Chloroflexota 呼吸群落，其硫酸鹽還原潛勢達 23–40 nmol cm⁻³ h⁻¹，並有一群不依賴呼吸作用卻具多醣體發酵能力的 Patescibacteria 共存，兩者共同構築出在變動氧化還原條件下，極具代謝可塑性與地球化學影響力的微生物生態系統。  

原始文章: https://doi.org/10.1093/ismejo/wraf042

Citation: 

Lindsay, Melody R., et al. "Laminarin stimulates single cell rates of sulfate reduction whereas oxygen inhibits transcriptomic activity in coastal marine sediment." The ISME Journal 19.1 (2025): wraf042.