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甲烷是比二氧化碳强20倍的温室气体。数十亿年前，产甲烷古菌在确定地球大气成分和调节全球生命气候方面发挥了关键作用。对于法国巴斯德研究所的Guillaume Borrel和Simonetta Gribaldo来说，甲烷生成的重要性以及产甲烷菌在几乎所有类型的厌氧环境中的存在都表明甲烷代谢的多样性“被大大低估了”。在2019年3月4日，发行了自然微生物学他们开采了由美国能源部(DOE)联合基因组研究所(JGI)(美国能源部科学用户设施办公室)维护的JGI综合微生物基因组和微生物组(IMG / M)数据库，用于公众提供的宏基因组数据。研究共同作者，并从这10个宏基因组装配的基因组(MAG)重建，代表新的潜在的产甲烷，厌氧甲烷氧化和短链烷烃氧化古菌。他们使用IMG是因为数据库已经包含来自各种环境的宏基因组数据集，以及用于分析的工具。
“有证据表明产甲烷是最古老的新陈代谢之一，第一次痕迹可能在~3.5Gy(十亿年)，”Borrel和Gribaldo在一封电子邮件中说。“因此，确定它出现在哪种形式以及它如何产生我们今天看到的不同途径不仅对于理解早期生活很重要，而且还将这种新陈代谢的演变与地球化学数据联系起来，这反过来有助于理解它对地球历史上的气候影响。“
不同甲烷代谢的标记基因
在该研究中重建的10个MAG中，5个来自欠采样或以前未描述的谱系，而另外5个仅与已知的产甲烷菌有很大关系。在这些信息的帮助下，研究人员发现了甲烷生成，甲烷营养和短链烷烃氧化代谢之间的进化关系。他们还鉴定了一组38个标记基因，它们作为古细菌中存在的一组核心基因，其代谢涉及甲基辅酶M还原酶(MCR)，甲烷生成的最后一步，或可能参与短链的MCR样复合物。烷烃氧化。
“我们提出了一种情况，其中产甲烷可能是古菌中最古老的能量代谢，并且在古菌进化过程中独立地丢失了很多次，或者演变为甲烷氧化和短链烷烃氧化，”Borrel和Gribaldo说。“总体而言，这些结果显示了一个惊人的案例，即如何通过修补一套常见的酶来代谢多样性。”
Gribaldo将上说“宏基因组数据的探索了解多样性和甲烷代谢的演变”的NeLLi：四月生命研讨会的新谱系，它立即之前能源与环境会议的JGI的第14届年度基因组学。NeLLi研讨会和JGI年会的注册于2019年3月11日结束。
新型黄石古细菌属于Korarchaeota
博士。Luke McKay和William Inskeep是Borrel等人的合着者。上述研究，并在同一期自然微生物学杂志上发表了另一项研究。他们的研究重点是在Korarchaeota内发现新种群，其中一种包含硫和甲烷代谢的基因。
新描述的Korarchaeota在黄石国家公园Washburn温泉的热沉积物中被发现。这个大型地热池含有大量的硫，甲烷，二氧化碳和氢。蒙大拿州立大学的长期JGI合作者Inskeep评论说，“沃什伯恩温泉是一个高度减少的，缺氧的系统，可能类似于早期地球上发现的环境。”
通过JGI社区科学计划，Inskeep和McKay从Washburn温泉采集的沉积物中回收了宏基因组装配的基因组，并确定它们属于Korarchaeota门。这一发现使已知数量的Korarchaeota基因组增加了三倍，这有助于研究人员将这一谱系定位于古菌域。Inskeep补充说，这些信息也有助于寻找古菌和Eukarya之间的最后一个共同祖先。
一个基因组，两个代谢途径
“到目前为止，大多数系统发育树只依赖于一个korarchaeotal代表，”第一作者McKay说。“现在我们又增加了两个：一个(Candidatus Korarchaeum cryptofilum WS)与已知的基因组相似，另一个(Ca.Methanodesulfokores washburnensis)与远距离相关，包含甲烷和硫代谢的基因。” 产甲烷和硫减少是最古老的能量保护机制之一，但直到现在才在单个微生物群体中观察到这两种途径的基因。
约 M. washburnensis是在Washburn沉积物中检测到的最丰富的种群之一，并且基于代谢重建，该团队有两个主要假设：新型korarchaeon可以根据环境条件在产甲烷和亚硫酸盐还原之间切换，或者它可以耦合两种代谢通过使用亚硫酸盐氧化甲烷和氢气。McKay强调“后一种可能性将代表甲烷厌氧氧化的新途径，甲烷是环境和进化微生物学的重要课题。”
Inskeep将在即将到来的NeLLi研讨会上展示海报，讨论“黄石国家公园中主要的高温古菌和细菌谱系的分布”，以及新描述的Korarchaeota成员的细节。
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