祝贺！山东大学这个研究团队连发Nature Communications和PNAS

近日，山东大学海洋研究院碳汇团队林璐教授课题组联合天津大学在期刊PNAS上发表了题为“The Pseudomonas ligninolytic catalytic network reveals the importance of auxiliary enzymes in the lignin biocatalysts”的研究论文。海洋研究院博士研究生梁丛颖为该论文第一作者，林璐教授为通讯作者，山东大学为第一署名单位。

木质素是地球上丰富的有机碳库。生物催化木质素降解是推动以植物为基础的可持续碳经济的关键战略，对于缓解全球气候变化具有重要意义。该过程涉及木质素解聚酶与众多辅助酶间的协同作用。虽然目前若干解聚酶已得到系统研究，但对辅酶的认识还处于起步阶段。一方面，辅酶没有直接的木质素解聚功能，另一方面辅酶种类众多，这些特点极大增加了我们挖掘辅酶成员和认识协同机理的难度，使得酶系催化木质素定向解聚一直成为木质素高值化使用的难点。当前，木质素的生物催化剂主要来源于真菌细胞，研究思路集中在解聚酶和2-3个辅酶的随机组合。而细菌解聚木质素一直被忽略。故从细菌细胞全局层面探讨辅酶成员及其于解聚酶协同催化机制，不仅可深化细菌降解木质素多酶体系的认知，还为木质素高值化利用提供了技术支撑。

该论文从假单胞菌全基因组层面全局考量木质素解聚的酶系催化网络，系统解析了假单胞菌中与B型染料脱色过氧化物酶（DypB）协同催化的辅酶成员及其催化网络，构建了木质素定向解聚酶系复合物，突破了当前酶解木质素再聚合的瓶颈。在此基础上，结合体外催化与体内分解代谢的优势，将酶系复合物与底盘细胞系统相结合，不仅拓展了木质素官能团的降解谱，还显著降低木质素分子量，展现出较为广谱的生物催化效果。本研究证实了细菌胞内存在攻击木质素的醌氧化还原系统，深入了细菌木质素降解多酶体系的科学认知，提出了一种环境友好、绿色可持续的木质素降解生物催化策略。

该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）等项目的支持和资助，并为“海洋负排放国际大科学计划（ONCE）”作出贡献。

近日，山东大学海洋研究院碳汇团队林璐教授课题组在Nature Communications发表了题为“Modeling bacterial interactions uncovers the importance of outliers in the coastal lignin degrading consortium”的研究论文。该论文聚焦近海潮间带木质素降解菌群的非降解者，基于系统生物学研究策略，解析了菌群中木质素降解者和非降解者通过氨基酸、有机酸和醇类等物质的交叉喂养，提升菌群的整体性能，为理解海洋菌群代谢陆源有机碳提供了新的视角。海洋研究院博士研究生彭倩楠和中国农科院深圳农业基因组研究所研究员赵程为该论文共同第一作者，林璐教授为通讯作者，山东大学为第一署名单位。

木质素是地球上丰富的陆源有机碳，其结构具有高度的异质性和复杂性。微生物已经进化出多样化的酶和代谢途径来分解木质素，从而推动全球碳循环和能量循环。自然界中微生物形成群落共同完成木质素的转化，并抵御环境的扰动。这表明菌群在木质素转化方面相较于单一物种更具优势。然而不同物种，尤其是那些没有明显生理功能的物种在菌群中的作用仍不清楚。因此，研究菌群中不同物种间的相互作用模式及其生态功能，对解析陆源有机碳生物转化、缓解气候变化至关重要。

本论文通过“自上而下”的富集策略，获得一个近海木质素降解细菌菌群（LD）。通过高通量测序和细菌生理分析发现LD菌群主要是由木质素降解者Pluralibacter gergoviae 组成，其丰度高达98%，其余约2%物种均为非降解者。进一步研究发现菌群的生长和木质素降解能力均显著优于单菌株P.gergoviae，暗示了非降解者在木质素降解中的作用。通过全基因组代谢模拟，代谢物组分析和生长实验，解析出P.gergoviae降解者和其余三株非降解者Vibrio alginolyticus, Aeromonas hydrophila 和 Shewanella putrefaciens间的种间互作，阐明了降解者和非降解者之间的交叉喂养模式，揭示了非降解者在复杂聚合物降解中被忽视的角色。

该研究不仅揭示非降解者在木质素降解中的积极作用，还提供了“自下而上”构建利用木质素的合成菌群的新见解，为高效调控微生物群落带来新的视角。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的支持和资助，并为“海洋负排放国际大科学计划（ONCE）”作出贡献。

来源：山东大学