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首次發現並證實短鏈烷烴厭氧降解古菌在海洋沉積物中存在並具有活性📙，近日，研究成果以 “Diverse anaerobic methane- and multi-carbon alkane-metabolizing archaea coexist and show activity in Guaymas Basin hydrothermal sediment”（高多樣性甲烷和短鏈烷烴厭氧降解古菌在Guaymas Basin地熱沉積物中共同存在並活躍表達）為題發表在《Environmental Microbiology》上🧑‍🎤，王寅炤博士後為第一作者，王風平教授和肖湘教授為共同通訊作者💆🏿。

       自然界中甲烷的厭氧降解主要通過產甲烷途徑的逆反應過程來完成。這一反應過程通常由一類甲烷厭氧氧化古菌（ANME）介導🏰，該類古菌預計可以消耗海洋沉積物中90%的甲烷。已有研究發現，甲基輔酶M還原酶（methyl-coenzyme M reductase🏐，MCR）是產甲烷和活化烷烴分子的關鍵酶，該蛋白非常保守🌭，包含3個亞基（McrA, McrB, McrG），其中α亞基基因mcrA常被用來檢測環境中甲烷代謝古菌的豐度和類群⛹🏿。截至目前，沉積物中小分子短鏈烷烴的厭氧氧化仍鮮有報道👨🏻‍🍼。Kniemeyer等首先發現並證實了一株硫酸鹽還原細菌（BuS5）可以在厭氧情況下通過將丙烷（C3H8）或正丁烷（C4H10）活化，加成延胡索酸分子，最終進入β-氧化的降解途徑。因此長期以來人們認為，在厭氧環境中只有細菌可以進行多碳烴類的氧化過程，只有古菌可以進行甲烷的氧化過程。近期有實驗室富集培養研究發現，古菌進行厭氧氧化非甲烷的短鏈烷烴分子的反應，但該反應是否在自然界存在及對烷烴轉化的貢獻尚未知。

       深海海床埋藏了大量的有機質，某些區域可形成豐富多樣的烴類化合物，如短鏈烷烴分子乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和己烷等🛣。本研究通過對Guaymas Basin熱液甲烷滲漏區的沉積物柱進行綜合的地球化學、宏基因組、宏轉錄組研究首次發現，短鏈烷烴降解古菌與甲烷厭氧氧化菌同時存在於沉積物中（圖1）。這類短鏈烷烴降解古菌具有四套MCR蛋白基因🐲💆🏽‍♂️，推測是與不同碳鏈長度的烷烴降解有關。同時基因組中還包含有β-氧化代謝通路，該通路能夠保證烷烴分子有效進入Wood–Ljungdahl代謝通路，最終形成CO2（圖2）。研究還通過轉錄組測序，證實了短鏈烷烴降解古菌在原位環境中活躍表達這些關鍵基因🔅，表明其在自然環境中也可以有效降解代謝短鏈烷烴。

       該研究證實了除了細菌之外，古菌也可以有效的對沉積物中的短鏈烷烴進行降解👨🏿‍💼，拓展了人們對古菌在沉積物碳循環中作用的認識。

圖1 Guaymas Basin熱液甲烷滲漏區的沉積物柱理化性質與古菌豐度（A）；微生物群落組成（B）

圖2 Guaymas Basin熱液甲烷滲漏區小分子烷烴厭氧代謝古菌代謝圖🫵；ANME-1 WYZ-LMO12&13（A）；ANME-2c WYZ-LMO14（B）；Ca. Synthrophoarchaeum sp. WYZ-LMO15（C）

       該研究團隊在海底烷烴生物轉化方向得到了國家項目的長期資助，取得了系列研究成果。本研究受科技部重點研發計劃項目（2018YFC0310800🧑‍🏭，20162016YFA0601102）和國家自然科學基金（91751205, 41525011, 91428308）等項目的資助💑。

       全文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/1462-2920.14568