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

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測序實現的，總共測序量218 MB。轉錄組是提取大西洋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測序實現的，共得到2.3 G的數據。宏基因組研究發(fā)現古菌主要由ANME-2a和MBGD組成，此外還有少量的甲烷產生菌，ANME-2a占到了82％，是絕對的主要古菌微生物類群。無論是來源于16S r

3、RNA基因克隆文庫的細菌多樣性，還是來源于宏基因組的16S rRNA數據，都得到了豐富的細菌類群，說明參與厭氧甲烷氧化過程細菌的多樣性和復雜性。最主要的細菌類群是Gammaproteobacteria，在宏基因組數據中占到56％，而在16S rRNA文庫中為42％。通過轉錄組蛋白分類分析，得到與甲烷產生菌和硫酸鹽還原菌相關的蛋白是高表達的，與其它種類的微生物類群相關的蛋白也是表達的，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責甲烷氧化的古菌是ANME-2a，并發(fā)現了完整的甲烷產生途徑，發(fā)現了ANME-1中所缺乏的mer基因。同時也發(fā)現了完整的硫酸鹽還原途徑。通過轉錄組研究，發(fā)現甲烷氧化途徑和硫酸鹽還原途徑的關鍵酶基因是高表達的，說明甲烷氧化就是甲烷產生的逆反應。但是沒有發(fā)現二條代謝途徑相連接的中間電子傳遞物。轉錄組結果也顯示，甲基氧化關鍵酶mxaF的表達，推測大西洋Cadiz海灣泥火山樣品甲烷氧化

5、富集微生物群落中Gammaproteobacteria細菌的作用是參與甲烷氧化所產生的甲基的氧化過程。在對甲烷產生途徑關鍵酶的進化分析中發(fā)現，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在進化上更古老，與現有的甲烷產生菌親緣關系較遠，結果很好地解釋了在ANME-1中mer基因的缺失原因，可能采用與現有甲烷產生菌不同的代謝通路。由此推測，可能現有的甲烷產生菌和甲烷氧化菌

6、都是起源于更加古老的甲烷產生菌祖先，甲烷產生過程可能早于甲烷氧化過程。
　　 對珠江口沉積物中厭氧氧化區(qū)域，通過沉積物RNA的提取和反轉錄，研究珠江口古菌的16S rRNA多樣性。結果顯示，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是表達的。負責甲烷氧化的古菌是ANME-1，ANME