科研职员提出烷烃代谢古菌来源与演变的新证据

起源：上海交年夜深部性命国内研讨中间 2021-10-27 08:30

近日，上海交通年夜学深部性命国内研讨中间在国内权势巨子期刊《Science Advances》上颁发研讨论文“A methylotrophic origin of methanogenesis and early divergence of anaerobic multi-carbon alkane metabolism”。性命迷信技术学院

近日，上海交通年夜学深部性命国内研讨中间在国内权势巨子期刊《Science Advances》上颁发研讨论文“A methylotrophic origin of methanogenesis and early divergence of anaerobic multi-carbon alkane metabolism”。性命迷信技术学院王寅炤副传授和肖湘传授为独特通信作者，王寅炤副传授为第一作者。德国不来梅年夜学及Max-Planck陆地微生物研讨所的Gunter Wegener传授和英国布里斯托年夜学Tom Williams传授为本文国外单干者。

产甲烷古菌被以为是地球晚期演变造成的性命模式之一，与烷烃厌氧氧化古菌一路，他们对地球气候的调理有着至关紧张的作用，是以，解析烷烃代谢古菌的来源和演变进程将有助于咱们进一步意识晚期地球情况与微生物代谢的互相作用关系。古菌产甲烷进程有三条经典代谢路径：氢气和二氧化碳还原型，甲基化合物还原型和乙酸裂解型产甲烷，通常以为氢气和二氧化碳型为产甲烷古菌的祖先类型。然则因为证据不敷，今朝对分歧路径产甲烷古菌的来源和演变进程仍存在很年夜争议，另外，对近年才发现的古菌厌氧多碳烷烃代谢进程的来源和演变进程更不分明。

为提醒古菌烷烃代谢来源与演变的难题，本名目通过分歧情况的烷烃代谢古菌进行研讨，发现产甲烷代谢特征在年夜部门古菌中进行垂直转移，现无数据显示其祖先很能够早在Euryarchaeota， TACK和Asgard古菌三年夜超门分解之前曾经发生。经分子钟盘算，产甲烷古菌祖先年夜概呈现在晚冥古宙或早旷古宙时期（~3.8-4.1 Ga）。尽管今朝没有在古菌第四年夜超门DPANN中发现烷烃代谢症结基因，但也不扫除该超门已经也具备烷烃代谢的功效，若可能在该门类中发现烷烃代谢通路，则产甲烷古菌的来源将推向更早。咱们通过对已知门类产甲烷古菌的代谢退化阐发，发现最早的产甲烷古菌祖先并非传统以为的氢气和二氧化碳型产甲烷古菌，而是一类基于甲基化合物和氢气型产甲烷的古菌类群。经典的二氧化碳还原型产甲烷古菌则是在演变出一个新的巯基四氢甲蝶呤甲基转移酶之后，通过将产甲烷进程和Wood-Ljungdahl路径联合而发生。Wood-Ljungdahl路径将二氧化碳还原为甲基四氢甲蝶呤，巯基四氢甲烷蝶呤甲基转移酶则将甲基四氢甲蝶呤转换为甲基辅酶M，终极甲基辅酶M被甲基辅酶M还原酶还原为甲烷。而本研讨中推测的产甲烷古菌祖先使用的甲基化合物还原型产甲烷路径则更为复杂，该类型古菌可以间接将甲基化合物还原为甲烷，从而得到能量。

古菌多碳烷烃代谢进程也十分陈旧，咱们发现了两种潜在的相似乙烷代谢的古菌，并发现这些古菌的代谢基因位于一切多碳烷烃代谢基因体系发育树的根部，是以揣摸多碳烷烃活化基因很能够是由一类新的乙烷代谢基因演变而来。随后这些多碳烷烃代谢基因通过程度基因转移，进入多种分歧门类的古菌Ca. Bathyarchaeia， Ca. Lokiarchaeia， Ca. Hadarchaeia以及产甲烷型Ca. Methanoliparia基因组中。

在本研讨中，此中一类较为原始的甲基型产甲烷古菌以中国神话人物女娲定名，该类群被称为女娲古菌（Ca. Nuwarchaeales）。晚期地球上产甲烷古菌发生的甲烷可以协助造成古温室效应，补充年青太阳辐照能量不敷的成绩，从而起到维护晚期性命的作用。而中国神话人物女娲补天也是远古期间拯救苍生的故事，以此借喻产甲烷微生物的紧张性。这是自哪吒古菌（Ca. Nezhaarchaeota）和悟空古菌（Ca. Wukongarchaeota）之后第三个以中国神话人物定名的古菌类群，拓展了中国文明在国内上的影响力。此外，本研讨还发现了多种新型厌氧多碳烷烃代谢古菌。综上所述，该研讨拓展了迷信界对自然界烷烃厌氧代谢和古菌的意识，以为烷烃代谢很能够是古菌和晚期性命的根本独特性命特征之一，为深化研讨性命来源和演变提供了一个新的思绪。(100yiyao.com）

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