研究人员经常在缺氧环境(例如某些类型的土壤)中观察乙烯气体。几十年来，科学家们已经知道乙烯来自微生物。但唯一已知的产生乙烯的天然微生物过程需要氧气。那么缺氧环境如何含有乙烯呢?一组科学家发现了一种来自细菌的酶系统，该系统可以在没有氧气的情况下产生乙烯，从而阐明了这一悖论。这些酶称为甲硫基烷烃还原酶。它们的作用是从小的挥发性有机硫化合物中清除硫。根据所使用的化合物，这些酶反应会产生乙烯、乙烷或甲烷作为副产物。
影响
新发现的酶是一种固氮酶。固氮酶及其亲属是进行需要电子的化学反应的酶。科学家们了解固氮酶和相关物质在光合作用和甲烷形成中的作用。然而，细菌中许多固氮酶样基因和相关蛋白质的功能是一个谜。这项研究表明，这些固氮酶的一些亲属已经专门适应分解硫。在这个过程中，它们会释放乙烯和甲烷。这突出了固氮酶尚未开发的功能多样性。它还展示了它们在制造生物燃料和其他生物材料方面的潜在用途。
概括
乙烯既是一种有效的植物生长激素，也是大多数塑料的关键化学前体，使其成为地球上生产和使用最多的工业化学品。植物在适当的时间和数量自然地产生乙烯，用于根伸长、枝条延伸、果实成熟和程序性叶片死亡。然而，在发生内涝和洪水时，土壤会积累微生物产生的乙烯。这种乙烯可以积累到对植物有害的水平，从而导致作物受损。研究人员之前发现，一些土壤和淡水细菌在缺氧的情况下，在缺乏硫磺的情况下可以产生乙烯。研究人员追踪了细菌中产生直接乙烯前体(2-甲硫基)乙醇的途径。但是制造乙烯的最后一步酶仍然未知。最近，一组科学家发现了剩下的这一步。通过一系列协调一致的基因操作、蛋白质组学、转录组学和热力学建模，该团队确定甲硫烷还原酶是缺失的环节。随后的代谢物标记实验和靶向代谢组学确定了催化反应。这些还原酶执行(2-甲硫基)乙醇的碳-硫键裂解以释放硫，释放乙烯作为副产物。类似地，可以使用乙基甲基硫醚和二甲基硫醚，分别释放乙烷和甲烷。甲硫基烷烃还原酶的发现为缺氧水淹土壤中乙烯的产生提供了解释，并可能为如何防止有害的乙烯积累提供见解。此外，在没有氧气的情况下生物乙烯的形成对于工业生物乙烯生产具有潜在优势。甲硫基烷烃还原酶的发现完成了不依赖氧的乙烯生产途径，为产生高水平乙烯的工程细菌菌株铺平了道路。
资金
本材料基于能源部 (DOE) 科学办公室、生物与环境研究办公室、俄亥俄州立大学应用植物科学中心资助和国家科学基金会支持的工作。电子结构计算由环境分子科学实验室执行，该实验室是由美国能源部在太平洋西北国家实验室赞助的用户设施。转录组学工作部分得到了科罗拉多大学癌症中心基因组学和微阵列共享资源的支持，该资源得到了美国国家癌症研究所的支持。橡树岭国家实验室的蛋白质组学工作得到了美国能源部科学基因组科学计划办公室的支持，作为植物微生物界面科学重点领域的一部分。
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