近日🙎‍♀️，國際知名刊物《Nature Microbiology》在線發表了EON体育4平台、微生物代謝國家重點實驗室、深部生命國際研究中心王風平教授和肖湘教授研究團隊關於烷烴厭氧氧化古菌分布和代謝途徑的論文“Expanding anaerobic alkane metabolism in the domain of Archaea”，第一次發現古菌界多種不同古菌門類具有烷烴厭氧代謝潛能。EON体育4博士後王寅炤為第一作者，德國不來梅Max-Planck海洋微生物研究所的Gunter Wegener為共同作者🥑，王風平㊗️、肖湘為共同通訊作者。

甲烷可形成甲烷天然氣水合物，是重要的潛在能源和溫室氣體，甲烷的產生和消耗（氧化）是自然界碳循環的最重要環節之一，極大地影響和調節了地球氣候/溫度的變化和波動。自然界中甲烷的產生和氧化主要在無氧（厭氧）環境中由古菌來完成。已有的研究長期認為厭氧甲烷代謝反應只集中在廣古菌門（Euryarchaeota）古菌中，具有特異的利用甲基輔酶M還原酶（methyl-coenzyme M reductase🏊🏻，MCR）為關鍵酶的特異代謝途徑。除了活化和產生甲烷，MCR近期還被發現是小分子烷烴丁烷氧化的關鍵酶🧑🏼‍🦳。除了廣古菌門（Euryarchaeota）古菌，MCR還被發現存在於少量其他古菌門Bathyarchaeota和Verstraetearchaeota中🎃，具體功能尚不明確。

該研究通過收集和整理全球公共數據庫中的環境宏基因組和本研究小組得到的南海冷泉區沉積物宏基因組，系統調查研究了MCR的分布特征並分析對應古菌的代謝潛能。研究發現具有烷烴厭氧代謝潛能的古菌在古菌域廣泛分布，除了包括已知的重要古菌門類Euryarchaeota, Bathyarcheaota, Verstraetearchaeota, 還包括例如Korarchaeota，Hadesarchaeota，Nezhaarchaeota。Nezhaarchaeota是本研究中新命名的潛在古菌新門類👨‍👧，以中國神話人物“哪吒”來命名。本研究發現厭氧烷烴產生/氧化廣泛分布於古菌不同類群，暗示烷烴產生/氧化反應是古菌和早期生命的基本特征。研究還發現一類古菌具有在一個細胞內同時進行甲烷厭氧氧化和硫酸鹽還原的潛能，而目前所有已知的甲烷厭氧氧化古菌都需要與硫酸鹽還原細菌共生。

圖1 通過宏基因組數據庫探索未知烷烴厭氧氧化古菌

當前宏基因組測序和分析發現了許多未知的微生物類群，擴展了烷烴代謝古菌的範圍。本研究發現的以中國神話人物“哪吒”來命名的潛在新古菌門“Nezhaarchaeota”具有代謝小分子烷烴的潛能👩🏻。

該研究團隊長期致力於甲烷的生物轉化研究🙂‍↔️，取得了系列重要研究進展和成果，包括在世界上率先揭示了甲烷氧化古菌ANME-2的分子代謝機製（ISME J 2014），厘清了南海冷泉區參與甲烷產生和氧化的微生物類群（FEMS Microbiol Eco 2017; 中國科學地球科學2018）🂠；揭示了小分子多碳烷烴氧化古菌在自然界的分布和活性（Environ Microbiol 2019）等。本研究拓展了科學界對自然界烷烴厭氧氧化和古菌的認識🧖🏿‍♂️，提示了烷烴代謝很可能是古菌和早期生命的基本共同生命特征之一，為深入研究生命起源和演化提供了一條新的思路。首次發現古菌具有可在同一個細胞內進行甲烷厭氧氧化和硫酸鹽還原的潛能🙇‍♀️，將開啟對烷烴厭氧氧化機製新的認識和探索。同時這些基礎研究也有望為認識自然界小分子烷烴化合物資源形成和儲量提供科學依據👩‍👧‍👦。

本項目研究得到了國家自然科學基金項目（91751205, 41525011, 91428308）和國家重點研發項目（2018YFC0309800）的資助。

文章鏈接𓀛：http://dx.doi.org/10.1038/s41564-019- 0364-2