这项研究对辅助代谢基因有了新的认识。
蛋白质可能是im的对土壤分解和土壤碳循环都有重要作用。
每一把土壤中都有数十亿的细菌、真菌和病毒，所有这些都为生命周期的维持做出了贡献。了解这些微生物是如何相互作用的，可以让科学家更好地了解土壤健康、土壤碳和营养循环，甚至死亡昆虫是如何分解的。
土壤病毒的特征基因似乎具有代谢作用，但它们不是正常病毒复制所必需的。这些基因被称为辅助代谢基因(AMGs)，它们产生蛋白质，其中一些是具有多种作用的酶。科学家们此前曾推测，某些AMG蛋白质是否在关键的土壤过程中，如碳循环中发挥作用。为了进一步了解土壤AMG，研究人员确定了一种特定AMG表达的蛋白质的原子结构。
土壤病毒AMG产物的三维结构，一种被称为壳聚糖酶的酶。壳聚糖酶由两个结构域(域-1为绿色，域-2为粉色)组成。化学反应发生的活性部位用四根黄色和红色的棍子标出。来源:克莱德·史密斯/SLAC国家加速器实验室
研究人员使用斯坦福同步辐射光源(SSRL)光束线12-2在能源部SLAC国家加速器实验室产生的高亮度x射线来照射脆弱的结晶蛋白样本。x射线击中了晶体样品中的蛋白质，暴露了它们的分子结构，以及围绕它们组成的一些奥秘。
amg不像许多病毒基因那样帮助病毒复制。相反，它们对多种蛋白质进行编码，每种蛋白质都有自己的预测功能。被表达的AMG被认为是一种酶，在土壤处理和循环生物圈中的碳起着关键作用。
“我们看到了病毒蛋白质中每个原子的位置，这帮助我们弄清楚它是如何工作的，”SSRL的高级研究员和合著者Clyde Smith说。“我们惊讶地发现，这种蛋白质与相关细菌和真菌酶家族的已知原子结构相似，但也包含了全新的片段。”
能源部太平洋西北国家实验室(PNNL)的首席科学家、合著者珍妮特·k·詹森(Janet K. Jansson)说，这种详细的原子结构是前所未有的，首次揭示了这种新酶可能在土壤生态中发挥重要作用的潜在机制。
“我们与SLAC的合作使我们能够破译土壤病毒之前未知的功能，”Jansson说。
来自美国国家科学研究实验室、国家国家实验室和美国能源部劳伦斯·伯克利国家实验室联合基因组研究所(JGI)的研究团队最近在《自然通讯》上发表了他们的研究结果。
甲壳素分解
研究人员认为，研究中的病毒AMG编码了一种酶，这种酶对几丁质进行降解反应。几丁质是地球上仅次于纤维素的第二丰富的碳生物聚合物，是昆虫外骨骼和大多数真菌细胞壁的一部分。
研究中的病毒AMG被认为是一种壳聚糖酶蛋白，从序列分析中被确定为糖基水解酶GH75家族的成员。这种蛋白质可以像锄头一样为土壤做准备——也就是说，它是一种帮助蔬菜、树木、花朵和所有其他种类的生命为土壤做准备的工具。
捕捉壳聚糖酶蛋白质的原子结构需要从晶体样品中拍摄5000多张照片。将这些图像拼接起来，发现该蛋白质的部分结构类似于糖基水解酶GH45家族中一组已知的碳水化合物代谢酶。然而，这种壳聚糖酶蛋白含有其他分子片段，它们与GH45或其他已知蛋白质结构中的分子片段不同，这意味着它在土壤循环中的作用仍有待进一步研究，史密斯说。
“这种酶有一部分是全新的。这就是让我作为一个结构生物学家感到兴奋的地方——看到我们以前没有见过的东西，然后试图弄清楚它可能的作用，”史密斯说。
史密斯说，未来的研究可能会帮助人们理解为什么amg首先会存在，因为它们不会帮助病毒复制。此外，研究人员可以更多地了解土壤病毒携带的其他amg，以及它们是否在土壤生态系统中发挥功能作用。
“这一发现带来的一个大问题是，‘土壤中什么东西需要甲壳素中的碳?’”史密斯说。“对这类问题的回答将使我们对土壤中大量微生物的相互作用、营养物质和必需分子的运动以及土壤的整体健康有更深入的了解。”
