橡树岭国家实验室 科学家们发现了渍水土壤中的微生物如何产生高含量的乙烯，这会对农作物和生物能源原料如柳枝稷产生不利影响
这一新知识可用于开发更健康作物的治疗方法
信用:安迪斯普劳斯/ORNL，美国
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能量的 能源部橡树岭国家实验室和俄亥俄州立大学的科学家发现了一种新的微生物途径来生产乙烯，为生物制造塑料、粘合剂、冷却剂和其他日常产品的常见成分提供了一种潜在的途径
发表在《科学》杂志上的这一发现揭示了一个长期以来的谜，即乙烯是如何在无氧的土壤中产生的，并指出防止高水平乙烯对作物造成损害的潜在途径
这项研究还概述了一种以前未知的细菌产生甲烷的方式，甲烷是一种强有力的温室气体
研究小组发现，乙烯和甲烷是细菌制造甲硫氨酸过程的副产品，甲硫氨酸是构建蛋白质所必需的氨基酸
当它们的环境是厌氧的和低硫的，细菌被迫从细胞废物中清除硫，触发这种新的途径
俄亥俄州研究科学家贾斯汀·诺斯说:“大约十年来，研究人员通过一种不同的机制研究了氧化环境中乙烯的生物生产。”
“扩大这一过程存在技术障碍，因为在工业规模上混合乙烯和氧气可能是爆炸性的
这种新的厌氧途径消除了这一障碍，但在扩大规模方面仍有工作要做
" 这项研究始于俄亥俄州，罗伯特·塔比塔领导了一项正在进行的光合细菌的碳固定和氮硫代谢的研究
作为塔比特团队的一员，诺斯决定测量红色红螺菌和同一家族中其他微生物因缺硫而消耗和排放的气体
他惊讶地发现了乙烯
ORNL的鲍勃·赫蒂奇使用了一种专门的质谱技术来表征微生物系统的蛋白质组
信用:卡洛斯琼斯/ORNL，美国
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能量的 “我们知道这些细菌正在产生氢气和消耗二氧化碳，”诺斯说
“但是，瞧，他们制造了大量的乙烯气体
我们觉得，这很奇怪
" 诺斯和他在俄亥俄州的同事研究了这种新的代谢过程，使用放射性化合物追踪微生物的前体和甲硫氨酸和乙烯的产生
但是需要一种不同类型的分析生物技术来建立该途径和驱动该途径的被称为酶的蛋白质之间的关键联系
塔比塔联系了ORNL生物质谱组组长鲍勃·赫蒂奇，对这些光合细菌在两种不同情况下存在的蛋白质集合进行了比较分析，这两种情况是:低硫、产生乙烯的条件和高硫、不产生乙烯的条件
Hettich的团队开发了一种尖端的方法，利用质谱来表征微生物系统的蛋白质组，这种技术可以精确地测量不同分子的质量和裂解途径，并提供结构和组成的细节
赫蒂奇和ORNL博士后研究员熊伟力从低硫和高硫系统中鉴定了数千种蛋白质，并分析了它们的相对丰度，以确定少数用于进一步表征的蛋白质
“我们发现了显著的差异，”海蒂奇说
数据显示，在低硫、产生乙烯的样本中，固氮酶类蛋白质家族的含量几乎是其他蛋白质家族的50倍
当硫缺乏时，一些铁和硫相关的蛋白质也大量增加，这表明硫代谢的一个可能的新途径
这些数据令人惊讶，因为固氮酶样蛋白质在基因注释中与固氮酶分组，固氮酶具有相似的脱氧核糖核酸序列，已知可以将大气中的氮转化为氨
这种固氮过程对地球上的生命至关重要，已经进行了广泛的研究
鉴于它们的名字，这些类似固氮酶的蛋白质并不是科学家们猜测的在硫代谢中起作用的蛋白质
熊伟力在ORNL做博士后时参与了质谱研究
信用:卡洛斯琼斯/ORNL，美国
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能量的 “有时候基因或基因家族的命名或注释会产生误导，”赫蒂奇说
“这个名字暗示了一个主要功能
事实上，基因可能有第二个功能，可以说是夜间工作，或者它实际上可能在做完全不同的事情
" “但是数据就是数据，”他继续说道
“如果你以一种不可知的方式正确地进行测量，而你事先并不知道答案，那么数据将揭示出真正的联系
" 有了这些重要的蛋白质组数据，俄亥俄州立大学的研究人员和科罗拉多州立大学及太平洋西北国家实验室的同事们进行了一系列实验，操作细菌基因组来包括或去除基因簇Rru_A0793-Rru_A0796
基因的移除和替换像开关一样关闭和打开乙烯的生产，证实了基因和它们编码的酶对这种代谢途径是必不可少的
类似固氮酶的酶分解碳硫键，将2-(甲硫基)乙醇还原成制造甲硫氨酸的前体
这条途径产生乙烯作为副产品
研究小组发现，如果硫的来源变成二甲基硫化物，这是最丰富的挥发性有机硫化合物，细菌在它们的蛋氨酸途径中使用它，并产生甲烷作为副产品
除了生产用于塑料和其他工业产品的乙烯的潜在生物手段之外，这些发现还可以为涝渍、厌氧土壤中的作物处理提供信息，以防止过量乙烯造成的损害
适量的乙烯是一种重要的植物激素，可以帮助植物生长、长出叶子和根，并使果实成熟
这项研究提出了一系列新的科学问题，包括这种途径是否与植物和微生物之间的相互作用有关
诺斯说:“令人非常兴奋的是，这一发现引出了新的研究方向，实际上可能对农业和其他作物也有一些实质性的好处。”
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