Nature正刊！四川厌氧生物首席科学家承磊带领团队发现“隐藏”的甲烷古菌

Nature正刊！四川厌氧生物首席科学家承磊带领团队发现“隐藏”的甲烷古菌

近日，四川厌氧生物首席科学家承磊带领团队在Nature期刊上发表重要研究成果。研究团队历时7年，成功分离培养了一种非广古菌门的新型产甲烷古菌，这一发现对理解全球碳循环机理和开发低碳技术具有重要意义。

产甲烷古菌在地球生命起源进化、全球气候变化和碳素循环中起着重要作用。传统观点认为产甲烷古菌隶属古菌域广古菌门（Euryarchaeota）。近年来基于高通量测序的宏基因组学研究，提出自然界中广泛分布着非广古菌门的产甲烷古菌，并推测这些新型的产甲烷古菌具有发酵生长、硫氧化等非甲烷代谢潜能。但迄今为止，这些古菌处于“暗物质”状态，一直没有纯培养物，无法进一步研究它们的碳代谢功能。

科研团队历时7年，利用自主研发的鸡尾酒分离法，在含有乙酸盐、丙酸盐、丁酸盐、烷烃等底物的基础培养基中，在45至65℃范围内厌氧培养下，Methanosuratincolia相对丰度达到8.1至82.5%。随后在55℃温度下在96孔板进行连续稀释，在持续数年的培养后古菌多样性减少到一种（图1a），后续通过连续稀释并补充抗生素的方式去除细菌，最终首次分离获得Verstraetearchaeota（佛斯特拉门）古菌纯培养物Methanosuratincola petrocarbonis LWZ-6（图1c-f）。

通过13C-同位素标记培养、NanoSIMS和膜脂分析，证实了该古菌具有氢依赖代谢甲基类物质产甲烷的生理功能(图2)，并摸索出菌株LWZ-6的最佳产甲烷条件为温度在55℃、pH值在6.0-7.0之间和NaCl浓度为9gl−1。通过Nanopore与Illumina测序获得菌株LWZ-6基因组完成图，发现包含了完整的mcrABG，mtaABC，hdrD和glcD等产甲烷基因，且转录组分析这些基因丰度表达在Top 1%，验证了菌株LWZ-6的氢依赖性甲基营养甲烷生成活性（图3）。

通过培养实验验证菌株LWZ-6可以利用甲醇和甲胺还原氢气进行产甲烷生长，但不具有发酵生长能力，意味着菌株LWZ-6为严格的依赖氢的甲基营养型产甲烷古菌。本研究发现的新型产甲烷古菌，将为研究全球碳循环机理和低碳技术研发提供了新型生物资源基础，是我国在厌氧古菌资源领域的一个重大突破，该研究工作得到国家自然科学基金、中国农业科学院科技创新工程等项目支持。