大西洋cadiz海灣泥火山樣品甲烷氧化富集微生物群落以及珠江口沉積物甲烷氧化研究.pdf

1、本文運(yùn)用轉(zhuǎn)錄組和宏基因組作為技術(shù)手段，研究采用以甲烷作為唯一能源或有機(jī)碳源，硫酸鹽作為唯一電子受體，經(jīng)高壓連續(xù)培養(yǎng)一年的大西洋Cadiz海灣泥火山樣品。通過對(duì)富集產(chǎn)物的微生物群落、代謝途徑、基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)水平等方面的研究，推斷相關(guān)微生物在厭氧甲烷氧化和硫酸鹽還原中的功能和相應(yīng)的代謝途徑，以及可能參與的地球化學(xué)循環(huán)過程。同時(shí)也通過基于RNA的分子生物學(xué)手段調(diào)查研究珠江口甲烷滲漏區(qū)的古菌群落，推測(cè)參與珠江口沉積物厭氧甲烷氧化的相關(guān)古菌類群。<

2、br>　　 宏基因組研究是通過提取大西洋Cadiz海灣泥火山樣品甲烷氧化富集微生物群落的DNA以及454測(cè)序?qū)崿F(xiàn)的，總共測(cè)序量218 MB。轉(zhuǎn)錄組是提取大西洋Cadiz海灣泥火山樣品的厭氧甲烷氧化富集微生物群落的mRNA，以及Illumina測(cè)序?qū)崿F(xiàn)的，共得到2.3 G的數(shù)據(jù)。宏基因組研究發(fā)現(xiàn)古菌主要由ANME-2a和MBGD組成，此外還有少量的甲烷產(chǎn)生菌，ANME-2a占到了82％，是絕對(duì)的主要古菌微生物類群。無論是來源于16S r

3、RNA基因克隆文庫(kù)的細(xì)菌多樣性，還是來源于宏基因組的16S rRNA數(shù)據(jù)，都得到了豐富的細(xì)菌類群，說明參與厭氧甲烷氧化過程細(xì)菌的多樣性和復(fù)雜性。最主要的細(xì)菌類群是Gammaproteobacteria，在宏基因組數(shù)據(jù)中占到56％，而在16S rRNA文庫(kù)中為42％。通過轉(zhuǎn)錄組蛋白分類分析，得到與甲烷產(chǎn)生菌和硫酸鹽還原菌相關(guān)的蛋白是高表達(dá)的，與其它種類的微生物類群相關(guān)的蛋白也是表達(dá)的，只不過所占的比例較少，低于總蛋白的10％。
　　

4、 大西洋Cadiz海灣泥火山樣品甲烷氧化富集微生物群落中負(fù)責(zé)甲烷氧化的古菌是ANME-2a，并發(fā)現(xiàn)了完整的甲烷產(chǎn)生途徑，發(fā)現(xiàn)了ANME-1中所缺乏的mer基因。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了完整的硫酸鹽還原途徑。通過轉(zhuǎn)錄組研究，發(fā)現(xiàn)甲烷氧化途徑和硫酸鹽還原途徑的關(guān)鍵酶基因是高表達(dá)的，說明甲烷氧化就是甲烷產(chǎn)生的逆反應(yīng)。但是沒有發(fā)現(xiàn)二條代謝途徑相連接的中間電子傳遞物。轉(zhuǎn)錄組結(jié)果也顯示，甲基氧化關(guān)鍵酶mxaF的表達(dá)，推測(cè)大西洋Cadiz海灣泥火山樣品甲烷氧化

5、富集微生物群落中Gammaproteobacteria細(xì)菌的作用是參與甲烷氧化所產(chǎn)生的甲基的氧化過程。在對(duì)甲烷產(chǎn)生途徑關(guān)鍵酶的進(jìn)化分析中發(fā)現(xiàn)，甲烷氧化菌的起源是多樣化的。其中ANME-2和ANME-3是起源于Methanosarcinales，ANME-1在進(jìn)化上更古老，與現(xiàn)有的甲烷產(chǎn)生菌親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，結(jié)果很好地解釋了在ANME-1中mer基因的缺失原因，可能采用與現(xiàn)有甲烷產(chǎn)生菌不同的代謝通路。由此推測(cè)，可能現(xiàn)有的甲烷產(chǎn)生菌和甲烷氧化菌

6、都是起源于更加古老的甲烷產(chǎn)生菌祖先，甲烷產(chǎn)生過程可能早于甲烷氧化過程。
　　 對(duì)珠江口沉積物中厭氧氧化區(qū)域，通過沉積物RNA的提取和反轉(zhuǎn)錄，研究珠江口古菌的16S rRNA多樣性。結(jié)果顯示，古菌主要組成部分是不可培養(yǎng)的，以往在沉積物中發(fā)現(xiàn)的C3，MBGB，MGI，MCG，TMEG，MBGD，ANME-1，ANME-2 and VALⅢ古菌類群，在珠江口沉積物中是有活性，其RNA是表達(dá)的。負(fù)責(zé)甲烷氧化的古菌是ANME-1，ANME