复旦大学环境系水土界面过程团队近期在环境生物地球化学交叉领域取得重要研究进展。团队负责人王梓萌教授与中国科学技术大学环境系花正双教授组建跨学科攻关团队，联合中国地质大学（武汉）王焰新院士，以及中山大学李文均教授、俄勒冈大学金曲生教授等国内外团队，利用滇藏热泉为研究窗口，在新型产甲烷古菌的生物地球化学活性与功能的研究中取得重要进展。研究首次用实验证明了非传统型产甲烷古菌是活跃在高温热泉中甲烷的主要生产者，推进了对微生物产甲烷过程的更深层次理解。研究成果以“Evidence for non-traditional mcr-containing archaea contributing to biological methanogenesis in geothermal springs”为题，于2023年6月28日在线发表于《科学进展》（Science Advances）期刊。

       本项研究是复旦环境系近年来系统规划和建设水土界面环境过程方向，积极拓展与环境微生物、环境地理和环境生态交叉融合发展所取得的重要成果之一，论文的第一作者单位和第一通讯单位均为复旦大学环境科学与工程系。环境系博士后汪家家为第一作者，系内其他共同作者还包括访问学生周丰武，博士生翟祥媚、周铭等。研究受到国家自然科学基金项目（批准号：42020104005、32170014、41977266、 92251305、42107010）等资助，并在启动阶段得到了复旦大学自由原创探索项目的资助。复旦大学生物多样性与生态工程教育部重点实验室和长江河口湿地生态系统国家野外科学观测研究站等校内研究平台为本工作提供了仪器和设备支持。

       陆生热泉和海底热液通常被认为是模拟远古地质环境，研究产甲烷微生物的天然实验室。传统产甲烷菌多分布于广古菌门（Euryarchaeota）的少数几个纲内。近年来高通量测序技术的发展显著拓展了产甲烷古菌多样性认知，在TACK、ASGARD超门古菌和广古菌其它纲内均发现新型微生物类群编码甲烷/烷烃代谢核心基因甲基辅酶M还原酶（Mcr），基于生物信息学推测其有可能具有产甲烷的功能。然而因为相关微生物极难培养，目前对其甲烷代谢相关功能缺乏有效的实验验证，阻碍了对相关微生物的功能认知，亟待跨学科的研究手段联合攻关。

       本研究以云南腾冲热泉为研究对象，利用C13同位素示踪技术、野外原位实验和长期监测，和异位微宇宙实验，结合宏基因组与宏转录组学揭示了非传统型产甲烷古菌在高温热泉中的效用。研究发现：非传统型产甲烷古菌是高温热泉中主要的甲烷产生者，古丸菌目（Archaeoglobales）同时具有氢营养和甲基营养型产甲烷通路，可代谢甲醇并产生甲烷，其编码的两种产甲烷途径（甲醇和氢气）的变化主要受温度驱动，低温下（65 °C）采用氢营养型途径用于产甲烷，而在高温环境中（75 °C）采用甲基营养性代谢通路，并随着温度和底物的改变呈现不同的适应性，升温导致甲基化合物比氢气更受微生物的青睐。此外，哪吒古菌（Candidatus Nezhaarchaeota）具有氢气营养型产甲烷代谢通路，其原位较高的丰度表明哪吒古菌有相当可能性是原位环境中主要的产甲烷贡献者。该研究证明了在高温热泉生态系统中，甲烷生成主要由非传统型产甲烷古菌驱动，揭示了各种含有mcr基因的非传统古菌是以前未被识别的甲烷来源。

       验证不可培养的古菌微生物的环境生物地球化学功能通常被认为是具有相当挑战性的基础科学问题，该工作大胆地将生物地球化学实验手段和生物信息学技术紧密结合，共同验证了新型产甲烷古菌的代谢潜能，为探索新类群微生物的生态功能提供了新思路，为未来研究新型产甲烷微生物的生态效应及其对全球气候变化的影响提供了一个新的素材和关注点，打开了新的前沿方向。

图. 实验测得的不同温度和底物对应的产甲烷速率与微生物种群的对应关系

论文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adg6004

团队主页：http://zimengwang.org.cn

供稿：王梓萌课题组

编辑：薛睿彬

审核：张立武