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结合基因组学和酶学揭示冷泉甲烷厌氧氧化古菌产乙酸机制

6、海洋地球科学 > 专题7：深海极端环境与生命过程

由甲烷氧化古菌（ANME-1,2和3）和硫酸盐还原菌（SRB）介导的甲烷厌氧氧化甲烷（AOM）是冷泉生态系统中关键过程，可极大减轻海洋来源的甲烷大气通量。冷泉是一种低能环境，但在冷泉系统中却栖息着除了自养微生物群落外的丰富的异养群落。然而，AOM如何支持如此大的异养群落的机制尚不清楚。在这里，我们使用连续高压反应器来模拟冷泉环境，并创建一个仅由AOM过程支持的简化生态系统。在不同的培养压力下，微生物生物量和群落组成表明异养微生物在整个生物量中高达70％。通过宏基因bin的方法，揭示了ANME-2a具有通过利用各种有机底物进行产乙酸的途径。通过对乙酸代谢途中的两个关键蛋白ADP依赖的乙酸盐-CoA连接酶（ACD：ADP-forming acetate-CoA ligase）和乙酰辅酶A合酶（ACS：acetyl-CoA synthase）的异源表达和活性测定，进一步证明ANME-2a具有产乙酸能力。分析表明，ANME-2a可氧化甲烷生成乙酸盐，从而在冷泉生态系统中支持更大的异养群落。本研究不仅为理解厌氧甲烷氧化古菌的多样生理特征奠定了基础，而且为能量有限环境下大型微生物群落的生存策略提供了线索。同时，这些发现进一步证明了ANME在海洋沉积物碳循环中的作用。