细菌利用光能新机制

光合作用是地球生物赖以生存的基础。色素是光合作用捕捉太阳光能量的“器官”。植物、藻类和一些细菌通过叶绿素转化光能为生物能，并将水、二氧化碳、氮化物等转化为淀粉、脂肪、蛋白质和核酸等有机物。

地球上已知的光营养代谢所依赖的色素主要有三大类：叶绿素、类胡萝卜素和藻胆素。

一直以来，国际上普遍认为变形菌视紫红质是黄杆菌的利用光能的功能蛋白。

视紫红质是一种膜结合蛋白，它本身不能感光，而是需要结合视黄醛分子（一种类胡萝卜素）接受光能。“视黄醛其实就是维生素A的类似物。”论文通讯作者、微生物所研究员东秀珠在接受《中国科学报》采访时说。

在东秀珠的带领下，研究人员对采集自西藏、新疆、甘肃、四川等地冰川的47株冰川黄杆菌进行了多组学研究。基因组分析发现其中37株含有变形菌视紫红质基因，另外10株不含该基因。然而，光照生长实验发现无论是携带、无视紫红质基因的黄杆菌，还是人工敲除该基因的菌株均表现出光促生长的特性。

“从这些研究菌株的基因表达谱看，视黄醛合成基因几乎不表达；也未检测这些菌株中合成视黄醛。所以，我们认为光促生长应与视紫红质无关。”东秀珠说。

这项研究无疑对一直以来的观点形成了挑战。

玉米黄质或促细菌光生长

大约20年前，研究人员在海洋中发现黄杆菌携带利用光能产生质子泵的视紫红质蛋白，并赋予黄杆菌利用光能适应低营养环境。

“如果说（黄杆菌的生长）跟视紫红质没关系，那么在低氧、寡营养的冰川条件下，它到底跟什么有关系呢？”东秀珠与合作者继续追问。

进一步研究，他们发现冰川黄杆菌的光促生长与玉米黄质等色素合成相关。玉米黄质、番茄红素等β类胡萝卜素可以为冰川黄杆菌提供光辐射保护、维持低温下细胞膜稳定性等作用，而仅含有黄色素的冰川黄杆菌无法在光照条件下生长。