Co-occurring genomic capacity for anaerobic methane and dissimilatory sulfur metabolisms discovered in the Korarchaeota

产甲烷 古细菌 硫黄 生物 硫代谢 人口 甲烷厌氧氧化 固碳 甲烷 化学 生物化学 生态学 基因 光合作用 有机化学 人口学 社会学
作者
Luke J. McKay,Mensur Dlakić,Matthew W. Fields,Tom O. Delmont,A. Murat Eren,Zackary J. Jay,Korinne B. Klingelsmith,Douglas B. Rusch,William P. Inskeep
出处
期刊:Nature microbiology [Nature Portfolio]
卷期号:4 (4): 614-622 被引量:126
标识
DOI:10.1038/s41564-019-0362-4
摘要

Phylogenetic and geological evidence supports the hypothesis that life on Earth originated in thermal environments and conserved energy through methanogenesis or sulfur reduction. Here we describe two populations of the deeply rooted archaeal phylum Korarchaeota, which were retrieved from the metagenome of a circumneutral, suboxic hot spring that contains high levels of sulfate, sulfide, methane, hydrogen and carbon dioxide. One population is closely related to 'Candidatus Korarchaeum cryptofilum OPF8', while the more abundant korarchaeote, 'Candidatus Methanodesulfokores washburnensis', contains genes that are necessary for anaerobic methane and dissimilatory sulfur metabolisms. Phylogenetic and ancestral reconstruction analyses suggest that methane metabolism originated in the Korarchaeota, whereas genes for dissimilatory sulfite reduction were horizontally transferred to the Korarchaeota from the Firmicutes. Interactions among enzymes involved in both metabolisms could facilitate exergonic, sulfite-dependent, anaerobic oxidation of methane to methanol; alternatively, 'Ca. M. washburnensis' could conduct methanogenesis and sulfur reduction independently. Metabolic reconstruction suggests that 'Ca. M. washburnensis' is a mixotroph, capable of amino acid uptake, assimilation of methane-derived carbon and/or CO2 fixation by archaeal type III-b RuBisCO for scavenging ribose carbon. Our findings link anaerobic methane metabolism and dissimilatory sulfur reduction within a single deeply rooted archaeal population and have implications for the evolution of these traits throughout the Archaea.
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