红树林沉积物中由微生物驱动的甲烷和硫循环过程及其耦合机制

《Environmental Microbiome》：Microbially driven methane and sulfur cycling processes and coupling mechanisms in mangrove sediments

　　

摘要

背景

甲烷（CH₄）作为一种强效的温室气体，是全球气候变暖的第二大贡献因素。红树林沉积物是生物源甲烷（CH₄）的重要自然来源，其中含有丰富的有机碳（C）和多种硫（S）化合物，非常适合研究甲烷和硫的循环过程及其耦合机制。在这里，我们采集了红树林沉积物样本，并通过宏基因组测序方法分析了其中的主要微生物群落、关键环境因素以及甲烷和硫循环可能的耦合机制。

结果

研究结果显示，Methanomicrobiales和Methanophagales是主要的产甲烷菌属；Methanospirareceae代表厌氧甲烷氧化古菌（ANME）；Desulfobacteraceae和Desulfobulbaceae是常见的硫酸盐还原细菌（SRB）；而Ectothiorhodospiraceae、Chromatiaceae和Comamonadaceae则是主要的硫氧化菌。相关性网络分析表明，产甲烷菌、ANME和SRB之间存在正向相互作用。此外，宏基因组组装基因组（MAG）分析显示，通过导电菌毛、鞭毛和细胞色素进行的种间氢 transfer 和细胞外电子交换可能是产甲烷菌与SRB之间的耦合机制。ANME可以通过中间代谢物（如乙酸）和/或直接的种间电子转移（如鞭毛、菌毛、细胞色素）与SRB形成联盟。此外，产甲烷菌的宏基因组编码了硫代硫酸盐氧化和部分硫酸盐还原途径，而ANME的宏基因组则具有硫不对称还原和不完全硫酸盐还原的能力。此外，SO₄^2?、总硫含量、水分含量和盐度是影响微生物群落结构以及参与甲烷和硫循环的基因家族的重要环境因素。

结论

这项研究为红树林沉积物中甲烷和硫循环过程的耦合机制提供了新的见解，对缓解全球变暖具有重要的意义。