上海交大王风平团队发表关于古菌与古菌互营降解长链烷烃产甲烷的研究成果

近日，上海交通大学海洋学院和生命科学技术学院王风平团队在Nature Communications发表了题为“Thermophilic Hadarchaeota grow on long-chain alkanes in syntrophy with methanogens”的研究论文。上海交通大学海洋学院助理研究员余甜甜、农业农村部成都沼气科学研究所博士生付琳和上海交通大学生命科学技术学院副教授王寅炤为论文共同第一作者；上海交通大学海洋学院王风平教授和农业农村部成都沼气科学研究所承磊教授为论文的共同通讯作者。

烷烃降解产甲烷过程是重要的生物过程，这一过程发生于各种缺少电子受体的环境，例如油田、煤层、受油污染的地下水和海洋深层沉积物。目前生物降解烷烃产甲烷过程主要有两种模式：1、烷烃降解细菌与产甲烷古菌互作完成；2、由单个古菌细胞完成。然而，越来越多的宏基因组数据显示产甲烷环境中存在多种包含烷烃降解的古菌基因组，同时这些基因组却缺少产甲烷的基因。该研究通过富集培养结合多组学实验发现了第三种烷烃降解产甲烷模式的存在，即烷烃降解古菌和产甲烷古菌的互作模式。

该研究采集来自云南腾冲热泉的沉积物样本，添加长链烷烃经过长达两年多的富集，发现富集体系中持续产生甲烷和二氧化碳（图 1）。通过宏基因组测序发现Hadarchaeota古菌门的一个类群被显著富集，我们将其命名为Candidatus (Ca.) Melinoarchaeum fermentans DL9YTT1（图 2）。该类群的基因组中包含烷烃降解的关键基因烷基辅酶M还原酶(ACR)基因，却缺少甲基辅酶M还原酶（MCR）基因。该类群与富集体系中的产甲烷共同完成烷烃降解产甲烷过程，即Ca. Melinoarchaeum fermentans sp.将长链烷烃降解产生氢气和乙酸，这些中间产物进一步被氢气产甲烷古菌Methanothermobacter和乙酸产甲烷古菌Methanothrix利用产生甲烷 （图 3）。因此，该研究揭示了古菌-古菌互营的新的生物降解产甲烷模式（图 4）。

图1.十六烷烃的添加刺激了甲烷和二氧化碳的产生

图2.Ca. Melinoarchaeum fermentans sp.在烷烃富集体系中显著生长

图3.Ca. Melinoarchaeum fermentans sp., Methanothermobacter 和 Methanothrix代谢途径

图4.生物降解烷烃产甲烷模式的示意图

本研究得到国家自然科学基金、上海交通大学“交大2030”计划、南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海）资助项目、中国农业科学院农业科技创新项目、德国研究基金会等支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-50883-z.epdf