摘要
深海热液区作为海底科学研究的前沿与热点，孕育着独一无二的深部生态系统。古菌广泛存在于热液热泉等极端生境，是海洋生态系统物质与能量传递的重要贡献者。在热液系统中，超嗜热古菌介导的烷烃厌氧代谢是生物地球化学循环的重要组成部分，然而目前关于超嗜热古菌，尤其是广古菌门的厌氧烷烃降解报道甚少，其代谢机制尚不深入。为了探究超嗜热古菌的厌氧烷烃代谢机制，本研究针对热液区环境特点，通过前人已富集分离的一株专性Fe(Ⅲ)还原超嗜热厌氧古菌DY224T3A5，鉴定其为潜在新种，隶属于地丸古菌属（Geoglobus），暂命名为Geoglobussp.DY224T3A5。通过理化实验和基因组学研究，主要结论如下: 1.Geoglobussp.DY224T3A5厌氧烃降解的功能发现:在高温厌氧条件下，以烷烃为唯一碳源与电子供体，菌体的生长实验结果证明菌株DY224T3A5能够利用Fe(Ⅲ)作为电子受体，氧化利用中长链烷烃（C12-C32）和卤代烷烃(C14Cl，C16Cl，C18Cl)。培养180天后，该菌株对于正十六烷、正二十四烷和正三十二烷的降解率分别为38.38％，48.22％和50.51％，并产生微量甲烷。 2.Geoglobussp.DY224T3A5厌氧烷烃降解代谢途径分析:通过基因组分析，该菌株具有潜在的完整的厌氧烷烃降解路径，主要依靠具有烷基琥珀酸合酶(Ass)活性的丙酮酸甲酸裂解酶基因(pflD)、丙酮酸甲酸裂解酶激活酶基因（pflC）以及其他7个关键基因完成烷烃的活化、碳骨架重组和脱羧等，为古菌型延胡索酸加成反应。对pflD编码蛋白进行结构建模和烷烃底物的对接模拟，结果表明蛋白具有足够大的空腔容纳正十六烷和正三十二烷进出并与催化残基相接触，从而完成烷烃的活化加成。 3.Geoglobussp.DY224T3A5厌氧降解烷烃耦合产甲烷的过程分析:初步推断该菌株有三种产甲烷可能机制:一氧化碳脱氢酶(CODH)将Ns-甲基四氢甲烷喋呤还原为四氢甲烷喋呤并生成甲烷;培养基中的H2O2和Fe(Ⅱ)发生芬顿反应，产生羟基自由基并与甲基辅酶M的甲基供体反应，形成甲基自由基，最后和氢自由基(·H)相结合，产生少量甲烷;烷烃降解过程中被还原的Fe(Ⅱ)通过低温水岩反应产生H2，H2与烷烃代谢终产物CO2通过费托型(FTT)反应，生成微量CH4。 本研究结合理化实验、基因组学以及蛋白建模分析，深入探究了古菌Geoglobussp.DY224T3A5的烷烃代谢特征，首次证实Geoglobus古菌具有厌氧降解烷烃物质的能力，并伴随着甲烷的产生。研究结果不仅丰富了古菌在热液区的生存策略，更加深了对地球深部烃类物质的生物地球化学循环过程的认识，有助于认识和了解地球的生命起源与生物演化。
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