甲烷是一種重要的溫室氣體，自工業革命開始以來𓀌，其在大氣中的濃度增加了一倍以上，對氣候變化產生了深遠的影響🙍🏽♂️。碳同位素證據表明，由自然生態系統內甲烷古菌產生的甲烷是大氣甲烷濃度快速增加的主要原因之一。甲烷古菌是生源性甲烷的唯一來源👏🏻，其產量約占全球甲烷排放的74%。根據能量產生系統的差異，所有甲烷古菌可以分為兩大類：含有b型細胞色素電子傳遞鏈的甲烷古菌和不含有電子傳遞鏈的甲烷古菌，但含有b型細胞色素電子傳遞鏈的甲烷古菌具有更廣泛的底物範圍和更高的生長率🙎🏼。目前發現的所有具有b型細胞色素電子傳遞鏈的產甲烷古菌僅存在於廣古菌超門（Euryarchaeota superphylum）的Halobacteriota門中，因此科學家普遍認為含有b型細胞色素電子傳遞鏈的產甲烷古菌起源於廣古菌超門內部。
顺盈娱乐河口海岸學國家重點實驗室碳氮循環與微生物生理生態研究團隊聯合校內地理科學學院以及澳大利亞昆士蘭理工大學、加拿大哥倫比亞大學👨🏼⚕️、德國地球科學研究中心（GFZ）😚、美國德克薩斯大學奧斯汀分校等單位👩🏻🦲，融合多學科研究技術🤽🏼♀️，在我國紅樹林濕地與印度尼西亞火山湖中首次發現一類位於奇古菌門下含有電子傳遞鏈的甲烷古菌（Methylarchaeales🌹🧲，圖1），且代謝重構分析發現Methylarchaeales微生物擁有利用與膜結合的電子傳遞鏈將甲基化合物還原為甲烷的代謝潛力（圖2）🙅🏽♀️😽。同時🤾🏽，研究團隊基於標誌基因追蹤了全球300多個宏基因組數據，發現Methylarchaeales微生物在全球缺氧沉積環境中廣泛分布🎩，暗示了Methylarchaeales微生物對甲烷產生貢獻的全球重要性。
圖1. 新發現的Methylarchaeales目在古菌中的進化地位（a 串聯122個古菌標誌蛋白進化樹；b 甲烷代謝關鍵基因分布）
圖2. 重構的Methylarchaeales古菌關鍵代謝途徑
基於系統發育和分子演化模型，研究團隊分析了目前所有甲烷代謝菌甲基輔酶M還原酶和古菌的b型細胞色素進化歷史👫🏻，發現具有b型細胞色素電子傳遞鏈的甲烷古菌可能在Thermoproteota門或者Halobacteriota門的共同祖先中已經出現，大約發生在35-40億前的太古宙早期。太古宙時期的海洋是厭氧的♠︎，包含著豐富的來自火山噴發產生的二價鐵離子🎛，為甲烷古菌合成亞鐵血紅素（細胞色素的輔基）提供充足的基質養分🥕，同時火山噴發產生的二氧化碳、氫氣和有機物也為甲烷古菌的生長提供了充足的碳源和能源。本研究擴大了生源性甲烷產生菌中的種類，對於辨析大氣甲烷的源以及評估全球甲烷通量有著重要的科學意義，也為認識地球生命進化和地球環境演化提供了寶貴的基因組證據資料🤲🏿。
相關工作於7月9日以 Expanding the phylogenetic distribution of cytochrome b-containing methanogenic archaea sheds light on the evolution of methanogenesis 為題在線發表在 Nature 旗下學術刊物 The ISME Journal (2022, https://www.nature.com/articles/s41396-022-01281-0)🍣。顺盈娱乐河口海岸學國家重點實驗室為該研究成果第一單位🧏🏿♂️🍞，博士生歐亞飛為第一作者🐵，董宏坡研究員和侯立軍研究員為共同通訊作者。本研究得到了國家自然科學基金和科技部重點研發計劃項目的資助🙎🏼♀️。
附🧑🦽：
論文鏈接🥩🏺：https://www.nature.com/articles/s41396-022-01281-0
圖文｜河口海岸科學研究院 來源｜科技處 編輯｜於洋 編審｜郭文君 呂安琪
