第二组Mcr编码古菌在地热泉中表现出甲烷循环潜力

《BMC Biology》：Group II Mcr-encoding archaea exhibit methane-cycling potential in geothermal springs

　　

摘要

背景

甲烷是一种强效温室气体，对气候变化具有深远影响，其全球排放量主要由生物产甲烷过程驱动——这一过程长期以来被认为仅限于广古菌域。然而，新近证据表明热原体（原TACK超级门）也具备这一能力。

结果

通过对中国腾冲157个陆地地热温泉的宏基因组测序，我们重建了104个含甲基-辅酶M还原酶（Mcr）的宏基因组组装基因组（MAGs）。其中，90个被鉴定为编码II类Mcr蛋白的MAGs，在大多数地热温泉样本中，其相对丰度超过广古菌MAGs（I类Mcr谱系）。产甲烷热原体门是所回收MAGs中数量最多的谱系，且在该群体中描绘出了一类与甲基分解代谢相关的典型操纵子结构。物理化学因素，尤其是pH值和温度，与含Mcr古菌的分布相关，宏转录组学揭示在高温（>70°C）和碱性（pH>9）环境中，与甲烷代谢相关基因具有较高的转录活性。我们鉴定了3个深渊古菌门MAGs，其编码的通路可能与氢营养型产甲烷和异养代谢相关。进化分析提示含Mcr深渊古菌门与产甲烷热原体门之间可能存在水平基因转移事件，尽管转移方向无法确定。产甲烷相关蛋白的系统发育重建表明，甲基营养型产甲烷是目前所采样含Mcr热原体中的祖先状态，随后是各谱系特异性的氢营养型组分获取、丢失与修饰。

结论

本研究扩展了已知的含Mcr古菌多样性，为这些描述不足的谱系的生物地理学、生态功能及进化起源提供了新的见解。