蛇纹石化生态系统中异养微生物利用细胞生物量的代谢机制与生态作用

《ISME Communications》：Genome-resolved analysis of an H2-rich serpentinite enrichment identifies Meiothermus as a potential heterotroph for cell-derived substrate use

　　

摘要

蛇纹石化生态系统已被广泛研究作为早期地球环境的模拟，特别强调以H₂为燃料的岩养自养作用。然而，异养微生物在这些能量受限系统中利用细胞生物量的生态作用仍知之甚少。在此，我们报道了在白马–八峰蛇纹石化系统的浓缩生物量流体无基质培养过程中，Meiothermus属的可重复富集。一个高质量的Meiothermus宏基因组组装基因组编码了胞外蛋白酶、肽和核苷酸转运蛋白，以及将细胞来源的基质通道进入中心代谢的分解代谢途径。该基因组进一步编码了有氧呼吸能力，提供了一种在H₂富集的厌氧条件下氨基酸降解过程中不依赖氢的热力学可行的ATP生成机制。值得注意的是，产乙酸发酵模块仅限于蛇纹石化来源的Meiothermus谱系，与该属内可能的栖息地相关代谢分化一致。超越白马–八峰系统，对来自15个蛇纹石化系统的331个宏基因组组装基因组的比较分析，鉴定出多种编码基因组的候选谱系，其基因组与细胞来源底物分解代谢和非H₂演进的铁氧还蛋白氧化模块一致，其中最常见的是Na⁺跨膜的Rnf复合体。这些发现拓展了以岩养自养作用为中心的蛇纹石化生态系统视角，通过突出坏死质利用异养生物作为碳周转和深层、能量受限生物圈中群落持续存在的潜在贡献者。

图形摘要

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