Wide diversity of methane and short-chain alkane metabolisms in uncultured archaea

古细菌 产甲烷 生物 念珠菌 基因组 系统发育学 微生物生态学 嗜热菌 生态学 基因 细菌 进化生物学 甲烷 基因组 遗传学
作者
Guillaume Borrel,Panagiotis S. Adam,Luke J. McKay,Lin-Xing Chen,Isabel N. Sierra-García,Christian M. K. Sieber,Quentin Letourneur,Amine Ghozlane,Gary L. Andersen,Wen‐Jun Li,Steven Hallam,Gerard Muyzer,Valéria Maia de Oliveira,William P. Inskeep,Jillian F. Banfield,Simonetta Gribaldo
出处
期刊:Nature microbiology [Nature Portfolio]
卷期号:4 (4): 603-613 被引量:216
标识
DOI:10.1038/s41564-019-0363-3
摘要

Methanogenesis is an ancient metabolism of key ecological relevance, with direct impact on the evolution of Earth's climate. Recent results suggest that the diversity of methane metabolisms and their derivations have probably been vastly underestimated. Here, by probing thousands of publicly available metagenomes for homologues of methyl-coenzyme M reductase complex (MCR), we have obtained ten metagenome-assembled genomes (MAGs) belonging to potential methanogenic, anaerobic methanotrophic and short-chain alkane-oxidizing archaea. Five of these MAGs represent under-sampled (Verstraetearchaeota, Methanonatronarchaeia, ANME-1 and GoM-Arc1) or previously genomically undescribed (ANME-2c) archaeal lineages. The remaining five MAGs correspond to lineages that are only distantly related to previously known methanogens and span the entire archaeal phylogeny. Comprehensive comparative annotation substantially expands the metabolic diversity and energy conservation systems of MCR-bearing archaea. It also suggests the potential existence of a yet uncharacterized type of methanogenesis linked to short-chain alkane/fatty acid oxidation in a previously undescribed class of archaea ('Candidatus Methanoliparia'). We redefine a common core of marker genes specific to methanogenic, anaerobic methanotrophic and short-chain alkane-oxidizing archaea, and propose a possible scenario for the evolutionary and functional transitions that led to the emergence of such metabolic diversity.
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