磷限制条件下厦门贪噬菌(Variovorax xiamenensis)通过膦酸酯代谢驱动有氧甲烷生成的机制与生态意义

本研究针对富氧水体中甲烷悖论现象，首次发现厦门贪噬菌W6T 可利用甲基膦酸酯(MPn)作为唯一磷源并产生CH4 。通过转录组学和16,671个基因组分析，揭示phn基因簇在磷限制条件下的调控机制及其在Pseudomonadota门中的广泛分布，为理解淡水生态系统甲烷排放和磷循环提供了新视角。

　　

在全球变暖加剧水体分层的背景下，磷限制已成为淡水生态系统面临的重大挑战。传统认知中甲烷仅产生于厌氧环境，但富氧水体的甲烷超饱和现象构成了"甲烷悖论"。这一现象背后，微生物如何通过替代代谢途径驱动有氧甲烷生成，特别是磷限制条件下的膦酸酯代谢机制，成为亟待破解的科学谜题。

厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室联合海南大学的研究团队，从亚热带贫磷水库分离到一株新型细菌Variovorax xiamenensis W6^T
。研究发现该菌株能利用甲基膦酸酯(MPn)作为唯一磷源，并通过C-P裂解酶(phn基因簇编码)途径产生甲烷。论文发表于《ISME Communications》，揭示了磷有效性调控甲烷排放的分子机制及其生态意义。

研究采用Illumina Hiseq X10平台完成基因组测序，通过流式细胞术监测生长曲线，气相色谱分析CH₄
产量，结合RNA-seq解析转录调控网络。对ProGenomes3数据库中16,671个原核基因组进行phn基因簇分布分析，采用GTDB-Tk构建系统发育树。

研究结果部分：

1. 生长与甲烷产生特征：W6^T
   在MPn培养基中呈现延滞期延长但最终生物量与Pi组相当的特性，CH₄
   产量与DOP消耗呈1:1化学计量关系，证实MPn降解的高效性。
2. 磷酸盐调控机制：当Pi浓度>30μM时CH₄
   产量被显著抑制，转录组显示phnJ等关键基因在Pi添加24小时内表达下调，揭示Pho regulon非典型调控模式。
3. 新物种鉴定：通过多相分类法确定W6^T
   为新种，基因组比较显示ANI<94%、dDDH<52%，脂肪酸谱以C_16:0
   和C_17:0
   环为主。
4. 生态分布分析：IMNGS平台检索发现该菌近缘类群在淡水环境中相对丰度高达19.7%，暗示其在贫磷生态系统的广泛适应性。
5. phn基因簇的全球分布：9%原核基因组含完整phn簇，Pseudomonadota门占95%，其中Burkholderiales目(含Variovorax)具有显著优势。

讨论部分强调了三个关键科学价值：首先，该研究首次将淡水细菌的膦酸酯代谢与甲烷排放直接关联，完善了"甲烷悖论"的解释框架；其次，发现phn基因簇在Pseudomonadota门中的优势分布，为理解微生物适应磷限制的进化策略提供新证据；最后，研究预测气候变暖加剧的磷限制可能扩大MPn降解菌的生态位，形成"磷限制-甲烷排放"的正反馈循环。这些发现对构建包含有氧甲烷生成过程的生物地球化学模型具有重要指导意义。