近日，国际微生物生态学期刊《Environmental Microbiome》在线发表了我院博士后宿蕾与合作者的最新研究成果，论文题为“Evolutionary diversification and metabolic adaptations of ANME-1 archaea”。该研究整合了全球不同甲烷富集环境中的基因组数据，系统解析了厌氧甲烷氧化古菌ANME-1的系统发育多样性、全球生态分布与代谢适应特征，揭示了ANME-1在保持厌氧甲烷氧化核心代谢功能的同时，通过谱系特异的碳代谢和电子传递模块实现生态分化的潜在机制，从基因组学的角度，为理解ANME-1在全球缺氧环境中的广布特征及在甲烷循环中的生态作用提供了新的框架。
甲烷是重要的温室气体，而海洋沉积物中的厌氧甲烷氧化（anaerobic oxidation of methane，AOM）能够在甲烷进入海洋—大气系统之前消耗其中很大一部分，从而在全球甲烷和碳循环中扮演关键作用。ANME-1是参与AOM的重要古菌类群之一，广泛存在于冷泉、热液、天然气水合物、深部沉积物以及部分陆地缺氧环境中。与其他ANME类群相比，ANME-1表现出更广的温度和生境跨度，但其内部不同谱系如何分化、这些谱系如何在不同地球化学环境中维持能量代谢，以及哪些代谢特征支撑了其广泛生态分布，仍缺乏系统认识。
该研究汇总并分析了132个非冗余ANME-1宏基因组组装基因组（MAGs），样品来源覆盖热液、冷泉及其他海洋和陆地环境。系统发育分析显示，ANME-1并非一个生态和代谢均一的类群，可进一步分为ANME-1a、ANME-1b和ANME-1c三个单系亚群，并分出14个属水平的系统发育分支。不同亚群表现出明显不同的地理分布和生境偏好，其中ANME-1a和ANME-1b具有更广的环境分布，而目前获得的ANME-1c基因组主要来自高温热液环境。
为进一步验证ANME-1的全球生态分布，该研究对公共宏基因组数据库进行了独立筛查。结果显示，ANME-1虽然广泛出现于海洋和非海洋生态系统，但在甲烷富集的海洋环境中具有更高的相对丰度，尤其在冷泉和热液环境中最为突出。该结果表明，甲烷富集的海底沉积物是目前已知ANME-1的重要生态储库，同时淡水沉积物、陆地地热系统、盐水环境和深部裂隙流体中的记录也说明其生态范围远超传统海洋生境。
图1. ANME-1古菌的系统发育关系、基因组特征、生境关联及地理分布。
比较基因组分析进一步揭示了ANME-1在碳代谢上的“保守核心—可变模块”结构。反向产甲烷途径及其核心甲基辅酶M还原酶（MCR）在不同ANME-1谱系中总体高度保守，支持厌氧甲烷氧化是该类群的核心代谢功能。值得注意的是，经典甲烷代谢上游途径中的mer基因在绝大多数ANME-1基因组中缺失，而研究发现几乎所有ANME-1均具有保守的Fae-Hps融合蛋白。该蛋白可能参与甲醛向N5,N10-亚甲基-H4MPT的转化，从而为解释ANME-1在缺失经典Mer步骤时如何完成相关一碳代谢提供了一个新的候选机制。
除保守的甲烷代谢核心之外，不同谱系还呈现出明显的附加碳代谢差异。ADP形成型乙酰辅酶A合成酶（acs）主要分布于ANME-1a和ANME-1b，而在ANME-1c中未检测到，提示不同亚群在乙酸活化和有机碳利用潜力上可能存在谱系特异性差异。这些差异说明，ANME-1的生态适应并非仅依赖单一的甲烷氧化途径，而可能通过整合多种碳获取策略，在能量受限和地球化学条件变化的环境中维持生存。
此外，该研究还发现，ANME-1的能量守恒和电子传递系统具有较强的模块化特征。Fqo、Eha等膜相关能量代谢组分在多个谱系中较为保守，而Rnf、Ehb、多血红素c型细胞色素（MHCs）以及与直接种间电子传递相关的结构在不同谱系间呈现差异性分布。这一结果反映出不同ANME-1谱系可能采用不同的能量守恒和互营电子传递策略，从而适应不同温度、盐度、pH和电子受体条件。
图2. 高质量ANME-1 MAG中代谢与环境适应相关基因的系统发育分布。
环境适应分析显示，不同ANME-1亚群在预测最适生长温度、pH和盐度方面存在显著差异。ANME-1c表现出最高的基因组预测最适温度，中位数达到71.6 ℃，与其主要分布于瓜伊马斯盆地等高温热液环境的特征一致；相比之下，ANME-1a和ANME-1b显示出更宽的预测pH和盐度范围，也与它们在海洋及非海洋环境中更广泛的分布相对应。
总体而言，该研究揭示，ANME-1的广泛生态分布与其系统发育分化和模块化代谢架构密切相关：不同谱系在保留厌氧甲烷氧化核心功能的基础上，通过碳获取、膜能量转换、氢代谢和种间电子传递等功能模块的差异化组合，形成了适应不同地球化学环境的代谢策略。
这些新结果，完善了对ANME-1系统发育与生态多样性的认识，也为进一步理解深海甲烷循环、极端环境微生物能量代谢以及甲烷生物地球化学反馈提供了可检验的研究假设。
该论文第一作者、通讯作者分别为我院博士后宿蕾、李江涛教授。合作者包括美国北卡罗来纳大学教堂山分校Andreas P. Teske教授、丹麦奥胡斯大学Ian P. G. Marshall，以及我院周昆研究员和博士研究生祁文龙、刘文琪。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国博士后科学基金以及上海市基础研究项目等资助。
论文信息：Su L, Teske AP, Marshall IPG, Qi W, Liu W, Zhou K, Li J*. Evolutionary diversification and metabolic adaptations of ANME-1 archaea. Environmental Microbiome, 2026. https://doi.org/10.1186/s40793-026-00968-7
论文链接：https://doi.org/10.1186/s40793-026-00968-7