上海交通大学生命科学技术学院、微生物代谢国家重点实验室、深部生命国际研究中心王风平教授和肖湘教授研究团队首次发现并证实短链烷烃厌氧降解古菌在海洋沉积物中存在并具有活性。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”（高多样性甲烷和短链烷烃厌氧降解古菌在Guaymas Basin地热沉积物中共同存在并活跃表达）为题发表在《Environmental Microbiology》上，王寅炤博士后为第一作者，王风平教授和肖湘教授为共同通讯作者。

自然界中甲烷的厌氧降解主要通过产甲烷途径的逆反应过程来完成。这一反应过程通常由一类甲烷厌氧氧化古菌（ANME）介导，该类古菌预计可以消耗海洋沉积物中90%的甲烷。已有研究发现，甲基辅酶M还原酶（methyl-coenzyme M reductase，MCR）是产甲烷和活化烷烃分子的关键酶，该蛋白非常保守，包含3个亚基（McrA, McrB, McrG），其中α亚基基因mcrA常被用来检测环境中甲烷代谢古菌的丰度和类群。截至目前，沉积物中小分子短链烷烃的厌氧氧化仍鲜有报道。Kniemeyer等首先发现并证实了一株硫酸盐还原细菌（BuS5）可以在厌氧情况下通过将丙烷（C3H8）或正丁烷（C4H10）活化，加成延胡索酸分子，最终进入β-氧化的降解途径。因此长期以来人们认为，在厌氧环境中只有细菌可以进行多碳烃类的氧化过程，只有古菌可以进行甲烷的氧化过程。近期有实验室富集培养研究发现，古菌进行厌氧氧化非甲烷的短链烷烃分子的反应，但该反应是否在自然界存在及对烷烃转化的贡献尚未知。

图1 Guaymas Basin热液甲烷渗漏区的沉积物柱理化性质与古菌丰度（A）；微生物群落组成（B）

图2 Guaymas Basin热液甲烷渗漏区小分子烷烃厌氧代谢古菌代谢图；ANME-1 WYZ-LMO12&13（A）；ANME-2c WYZ-LMO14（B）；Ca. Synthrophoarchaeum sp. WYZ-LMO15（C）

深海海床埋藏了大量的有机质，某些区域可形成丰富多样的烃类化合物，如短链烷烃分子乙烷、丙烷、丁烷、戊烷和己烷等。本研究通过对Guaymas Basin热液甲烷渗漏区的沉积物柱进行综合的地球化学、宏基因组、宏转录组研究首次发现，短链烷烃降解古菌与甲烷厌氧氧化菌同时存在于沉积物中（图1）。这类短链烷烃降解古菌具有四套MCR蛋白基因，推测是与不同碳链长度的烷烃降解有关。同时基因组中还包含有β-氧化代谢通路，该通路能够保证烷烃分子有效进入Wood–Ljungdahl代谢通路，最终形成CO2（图2）。研究还通过转录组测序，证实了短链烷烃降解古菌在原位环境中活跃表达这些关键基因，表明其在自然环境中也可以有效降解代谢短链烷烃。

该研究证实了除了细菌之外，古菌也可以有效的对沉积物中的短链烷烃进行降解，拓展了人们对古菌在沉积物碳循环中作用的认识。

该研究团队在海底烷烃生物转化方向得到了国家项目的长期资助，取得了系列研究成果。本研究受科技部重点研发计划项目（2018YFC0310800，20162016YFA0601102）和国家自然科学基金（91751205, 41525011, 91428308）等项目的资助。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/1462-2920.14568