近日，浙江大学生命科学学院程磊教授-肖璟研究员团队在《Soil Biology & Biochemistry》期刊上发表题为“How nitrifiers denitrify?”的观点分析文章。浙江大学生命科学学院张凯杭博士为本文第一作者，程磊教授为通讯作者。

团队系统梳理了近期关于亚硝酸盐还原酶和一氧化氮还原酶的酶学和热力学研究进展。文章指出，传统关注的含铜型亚硝酸盐还原酶(NirK)以及细胞色素c依赖型一氧化氮还原酶(cNOR)，缺乏与跨膜“能量获取”相耦合的结构基础；同时，NirK的表达主要受亚硝酸盐积累影响而非低氧直接调控，因此更可能主要承担降低亚硝酸盐及相关中间产物毒性的作用。相比之下，AOB体内还广泛存在一种含血红素-铜中心的一氧化氮还原酶(sNOR)。根据理论推测，sNOR活性位点具有保守的质子通道结构：当AOB利用sNOR将NO还原时，可能同时跨膜转运质子并形成质子驱动力(PMF)，从而在以氢气、丙酮酸等非氨底物作为电子供体的厌氧呼吸中获得可用能量。

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AOB进行硝化菌反硝化的生理基础与系统发育分布

通过对全球氨氧化细菌基因组数据库的系统发育分析，团队进一步发现，sNOR基因存在于近96%的已测序AOB基因组中，涵盖了从陆地到海洋的广泛谱系。相比之下，cNOR仅存在于约56%的AOB中，并在部分与缺氧生境相关的谱系中缺失。这一结果表明，利用sNOR介导反硝化作用来获取能量，可能是AOB应对缺氧胁迫的一种普遍且核心的生存策略。

文章进一步指出，随着气候变化导致的全球水体和低地生态系统“脱氧”(deoxygenation)趋势加剧，具备sNOR的AOB可能会在未来的缺氧环境中占据竞争优势。这将导致硝化菌反硝化过程成为全球N₂O排放的一个重要且可能持续增长的来源，尤其是在受气候变化影响显著的水生和低地生态系统中。文章提出，未来的气候模型亟需重新评估硝化菌反硝化的贡献，以更准确地预测全球N₂O排放趋势。