土壌細菌は非糖類有機物を食べた後、より多くのCO2を呼吸する(Soil bacteria respire more CO2 after eating non-sugar organic matter)

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2024-06-11 ノースウェスタン大学

ノースウェスタン大学の研究チームは、土壌微生物が植物の廃棄物を分解する際の経路を追跡し、特定の炭素がどのようにして大気中のCO2に寄与するかを初めて明らかにしました。研究では、微生物がリグニン(非糖の芳香族単位)から生成するCO2がセルロース(グルコース糖単位)から生成するCO2の3倍であることが判明しました。これにより、微生物が土壌炭素循環にどのように関与しているかが解明され、気候変動への影響予測に役立つ可能性があります。この研究は「Environmental Science & Technology」に掲載されました。リグニンからの炭素はトリカルボン酸回路を通り、これがCO2生成の主な経路であることがわかりました。この発見は、異なる炭素構造が土壌微生物にどのように処理されるかを予測するのに重要です。

<関連情報>

異なる有機物を基質とするバクテリアの代謝経路における不均衡な二酸化炭素排出が、炭素利用効率への寄与を変化させる Disproportionate Carbon Dioxide Efflux in Bacterial Metabolic Pathways for Different Organic Substrates Leads to Variable Contribution to Carbon-Use Efficiency

Caroll M. Mendonca, Lichun Zhang, Jacob R. Waldbauer, and Ludmilla Aristilde
Environmental Science & Technology  Published:June 11, 2024
DOI:https://doi.org/10.1021/acs.est.4c01328

Abstract

Microbial organic matter turnover is an important contributor to the terrestrial carbon dioxide (CO2) budget. Partitioning of organic carbons into biomass relative to CO2 efflux, termed carbon-use efficiency (CUE), is widely used to characterize organic carbon cycling by soil microorganisms. Recent studies challenge proposals of CUE dependence on the oxidation state of the substrate carbon and implicate instead metabolic strategies. Still unknown are the metabolic mechanisms underlying variability in CUE. We performed a multiomics investigation of these mechanisms in Pseudomonas putida, a versatile soil bacterium of the Gammaproteobacteria, processing a mixture of plant matter derivatives. Our 13C-metabolomics data captured substrate carbons into different metabolic pathways: cellulose-derived sugar carbons in glycolytic and pentose-phosphate pathways; lignin-related aromatic carbons in the tricarboxylic acid cycle. Subsequent 13C-metabolic flux analysis revealed a 3-fold lower investment of sugar carbons in CO2 efflux compared to aromatic carbons, in agreement with reported substrate-dependent CUE. Proteomics analysis revealed enzyme-level regulation only for substrate uptake and initial catabolism, which dictated downstream fluxes through CO2-producing versus biomass-synthesizing reactions. Metabolic partitioning as shown here explained the substrate-dependent CUE calculated from reported metabolic flux analyses of other bacteria, further supporting a metabolism-guided perspective for predicting the microbial conversion of accessible organic matter to CO2 efflux.

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生物環境工学
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