Methane-dependent complete denitrification by a single Methylomirabilis bacterium

硝酸盐 反硝化 甲烷 亚硝酸盐 甲烷厌氧氧化 化学 缺氧水域 细菌 环境化学 古细菌 硝酸还原酶 氮气 反硝化细菌 生物化学 生物 有机化学 基因 遗传学
作者
Xiangwu Yao,Jiaqi Wang,Mingyue He,Zishu Liu,Yuxiang Zhao,Yufen Li,Taolve Chi,Lin Zhu,Ping Zheng,Mike S. M. Jetten,Baolan Hu
出处
期刊:Nature microbiology [Nature Portfolio]
卷期号:9 (2): 464-476 被引量:38
标识
DOI:10.1038/s41564-023-01578-6
摘要

Methane-dependent nitrate and nitrite removal in anoxic environments is thought to rely on syntrophy between ANME-2d archaea and bacteria in the genus 'Candidatus Methylomirabilis'. Here we enriched and purified a single Methylomirabilis from paddy soil fed with nitrate and methane, which is capable of coupling methane oxidation to nitrate reduction via nitrite to dinitrogen independently. Isotope labelling showed that this bacterium we name 'Ca. Methylomirabilis sinica' stoichiometrically performed methane-dependent complete nitrate reduction to dinitrogen gas. Multi-omics analyses collectively demonstrated that 'M. sinica' actively expressed a well-established pathway for this process, especially including nitrate reductase Nap. Furthermore, 'M. sinica' exhibited a higher nitrate affinity than most denitrifiers, implying its competitive fitness under oligotrophic nitrogen-limited conditions. Our findings revise the paradigm of methane-dependent denitrification performed by two organisms, and the widespread presence of 'M. sinica' in public databases suggests that the coupling of methane oxidation and complete denitrification in single cells substantially contributes to global methane and nitrogen budgets. Enrichments from bioreactors find a single bacterium capable of methane oxidation coupled to nitrate reduction via nitrite to dinitrogen, a process previously thought to rely on syntrophy.
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