中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研究員朱寶利和德國(guó)及瑞士的科研人員合作，在前期發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，基于微生物組學(xué)分析和代謝通路重建，從富含碘泉水的山洞內(nèi)生物被膜（biofilm）宏基因組中，組裝了一株新型厭氧甲烷氧化細(xì)菌——Candidatus Methylomirabilis iodofontis的基因組草圖，并發(fā)現(xiàn)該菌具有利用碘酸鹽驅(qū)動(dòng)厭氧甲烷氧化的潛力。8月9日，該研究成果在線發(fā)表于《微生物》（mLife）上。
甲烷是重要的溫室氣體，以20年為尺度，其溫室效應(yīng)潛能約是二氧化碳的85倍，微生物厭氧甲烷氧化(AOM)是重要的甲烷匯。十多年前，首個(gè)利用亞硝酸鹽驅(qū)動(dòng)AOM的Methylomirabilota細(xì)菌：Methylomirabilis oxyfera被報(bào)道。雖然M. oxyfera是厭氧細(xì)菌，但是它卻通過“產(chǎn)氧反硝化”過程產(chǎn)生氧氣，并利用產(chǎn)生的氧氣完成好氧甲烷氧化。目前，人們對(duì)Methylomirabilota甲烷氧化菌代謝多樣性的了解還非常有限。
該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)富含碘（>20 mg l-1）泉水積累的山洞，其空氣甲烷濃度高達(dá)3000 ppm，在山洞頂部、側(cè)壁以及水面下側(cè)壁形成了大量的生物被膜。16S rRNA擴(kuò)增子測(cè)序顯示，生物被膜中含有多種好氧甲烷氧化菌，而在水面下側(cè)壁生物被膜中還有較高豐度的Methylomirabilota細(xì)菌存在。
同時(shí)，透射電鏡照片顯示，水面下生物被膜中存在“星型”細(xì)胞，與M. oxyfera細(xì)胞形態(tài)相似。該團(tuán)隊(duì)對(duì)水下生物被膜進(jìn)行了宏基因組測(cè)序，并成功組裝了一個(gè)完整度大于70%的Methylomirabilota細(xì)菌基因組草圖（bin48）。根據(jù)宏基因組中16S rRNA的reads數(shù)計(jì)算，Methylomirabilota細(xì)菌相對(duì)豐度高達(dá)14.3%，并且所有Methylomirabilota細(xì)菌的16S rRNA片段拼接成為一個(gè)完整的16S rRNA序列。該16S rRNA序列與M. limnetica的16S rRNA高度相似（>99%），但bin48與M.limnetica基因組間的相似度不高（AAI, 85.8%；ANI, 91.3%），因此該Methylomirabilota細(xì)菌被臨時(shí)命名為Ca. Methylomirabilis iodofontis。
雖然山洞空氣中甲烷濃度很高，但泉水中檢測(cè)不到亞硝酸鹽，并且硝酸鹽濃度也很低（<0.2 mg l-1），因此該團(tuán)隊(duì)對(duì)M. iodofontis主要代謝途徑進(jìn)行了分析。令人驚奇的是，除了好氧甲烷氧化以及“產(chǎn)氧反硝化”途徑外，M.iodofontis基因組中還具有碘酸鹽還原酶（IdrA和IdrB）編碼基因簇。其基因簇中基因的排列順序以及催化亞基基因序列與已知的碘酸鹽還原酶一致且相似度較高，表明M. iodofontis菌可能同時(shí)具有甲烷氧化、產(chǎn)氧反硝化和碘酸鹽還原的潛力。但是，其利用碘酸鹽驅(qū)動(dòng)AOM的活性和功能還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。
據(jù)介紹，該研究結(jié)果擴(kuò)展了Methylomirabilota甲烷氧化細(xì)菌代謝的多樣性，并為一種新的潛在的甲烷氧化過程——碘酸鹽驅(qū)動(dòng)的AOM提供了基因組方面的證據(jù)?？紤]到碘酸鹽在海洋環(huán)境中的廣泛分布，以碘酸為電子受體的厭氧甲烷氧化可能是一個(gè)被忽略但是重要的甲烷匯。
相關(guān)論文信息：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/mlf2.12033