磷是海洋生命的“关键营养素”，其循环平衡直接影响全球海洋生态稳定。不同于碳、氮循环，磷没有气体分子（即没有大气来源），海洋可利用磷依赖外源补给，在多数海域常处于匮乏状态，而生物死亡、降解或遭病毒裂解时产生的溶解性有机磷（DOP）如何高效转化为可利用无机磷，是海洋微生物群落存活与竞争的关键机制之一，但目前仍有诸多研究空白。特别是在深海区域，尽管溶解性无机磷含量通常较高，却仍频繁检测到高水平的磷酸酶活性，这种“磷酸酶悖论”一直是海洋生物地球化学的重要谜题。
近日，由上海海洋大学Federico Baltar教授领衔、联合维也纳大学研究人员组成的国际团队在《Nature Communications》发表重要研究成果，首次揭示交替单胞菌（Alteromonas）及其多功能碱性磷酸酶（APases）是海洋磷循环的核心驱动力，也为理解深海“磷酸酶悖论”提供了新的解释框架。该研究联合国“海洋十年”大科学计划“深海微生物组与生态系统”(DOME)的重要成果，为深海生物地球化学研究带来新突破。
核心发现1：Alteromonas——深海磷循环“隐形引擎”
基于全球海洋多组学数据，研究发现Alteromonas属在各海洋深度层（表层至深海）均主导碱性磷酸酶的表达与生产，尤其在中层及深海占据绝对优势。其中PhoA型是全球表达量最高的碱性磷酸酶，部分深海样本中Alteromonas贡献的PhoA酶占比达95%，且溶解态胞外酶在脱离细胞后仍能长期发挥作用。
图1：海洋碱性磷酸酶基因表达的量化分析
图2：海洋碱性磷酸酶的相对丰度与分布
核心发现2：多功能酶——微生物的“生存智慧”
四大主要碱性磷酸酶家族（PhoA、PhoD、PhoX、PafA）均具备跨底物催化能力：PhoA高效水解单酯类底物，PhoD在磷限制时显著上调并降解多类磷酸酯，PhoX兼具磷、硫循环相关活性，PafA则展现超高效率硫酸酯酶功能，让Alteromonas能灵活适应复杂海洋环境。
核心发现3：破解“磷酸酶悖论”
深海无机磷含量高却仍有高磷酸酶活性的谜题终获解答：深海高活性源于稳定的胞外酶库，这些酶来自表层输送或原位分泌，部分半衰期长达23.3天（如PafA），且PhoA等酶为组成型表达，持续参与有机磷再生，与即时磷限制无关。
图3：碱性磷酸酶家族分泌途径与功能模型
DOME：赋能深海探索
作为DOME成果之一，本研究依托全球深海多组学数据，实现了微生物类群、酶功能与环境生态动态的深度关联，修正了“一酶一反应”的传统认知，揭示了酶多功能性是微生物适应资源稀缺的关键策略及其对其它元素（如碳）的的调控作用，为预测气候变化下海洋磷循环响应机制奠定基础，也为海洋生态保护提供了科学依据。
原文：
Saavedra, D.E.M., et al. Multifunctionally diverse alkaline phosphatases of Alteromonas drive the phosphorus cycle in the ocean. Nat Commun 16: 9789 (2025).
https://doi.org/10.1038/s41467-025-64455-2
