产甲烷稻田土壤中砷去甲基化与解毒作用的基因组分辨宏转录组分析

稻田土壤中砷（As）的微生物甲基化与去甲基化会影响水稻中砷的形态分布及其毒性，并对人类健康和水稻产量产生重要影响。尽管在表征参与砷甲基化的微生物群落方面已取得了大量进展，但砷去甲基化的机制及其微生物驱动因素仍相对缺乏解析，尤其是在被淹水稻田中普遍存在的厌氧条件下。在此，我们将基因组分辨的宏转录组分析与产甲烷稻田土壤培养体系中砷形态监测相结合，以阐明调控砷去甲基化的微生物途径，重点关注：（i）评估甲基营养型产甲烷菌表达的多种甲基转移酶与砷去甲基化之间的联系；以及（ii）评估与去甲基化中间体相关、由毒性驱动的反馈作用对砷转化的影响。 以二甲基砷酸（DMAs）和作为产甲烷抑制剂的2-溴乙磺酸进行的实验表明，产甲烷菌驱动了厌氧条件下的砷去甲基化。添加三甲胺这一甲基营养底物加速了砷去甲基化，尽管砷形态分析与宏转录组数据的结合表明，甲醇特异性甲基转移酶基因mtaB的非特异性刺激是驱动去甲基化的主要因素。6个Methanosarcina宏基因组组装基因组在甲基转移酶基因转录中占主导地位，并共转录了参与多种（甲基）砷氧化和外排途径的基因，揭示了在基因组水平上去甲基化与解毒过程之间的耦联。稻田土壤培养实验还表明，DMAs浓度与去甲基化速率之间存在由毒性驱动的反馈作用，即较高的DMAs浓度抑制产甲烷作用，从而降低伪一级去甲基化速率常数。这些发现为调控稻田土壤中砷形态分布的产甲烷菌与（甲基）砷物种之间的相互作用提供了新的机制性认识。

稻田土壤中砷（As）的微生物甲基化与去甲基化影响水稻中砷的形态分布及其毒性，并进一步关系到人类健康和水稻产量。尽管在表征参与砷甲基化的微生物群落方面已取得显著进展，但砷去甲基化的机制及其微生物驱动因素仍相对缺乏解析，尤其是在淹水稻田中常见的厌氧条件下。在本研究中，我们将基因组分辨率的宏转录组分析与产甲烷稻田土壤培养体系中的砷形态监测相结合，以阐明调控砷去甲基化的微生物途径，重点关注：（i）评估甲基营养型产甲烷菌表达的多种甲基转移酶与砷去甲基化之间的关联；以及（ii）评估与去甲基化中间产物相关的毒性驱动反馈对砷转化的影响。以二甲基胂酸（DMAs）为底物并加入作为产甲烷抑制剂的2-溴乙磺酸盐的实验结果证实，产甲烷菌驱动了厌氧条件下的砷去甲基化。添加三甲胺这一甲基营养型底物可加速砷去甲基化，尽管砷形态分析与宏转录组数据的联合结果表明，甲醇特异性甲基转移酶基因mtaB的非特异性刺激才是去甲基化的主要驱动因素。6个甲烷八叠球菌属（Methanosarcina）宏基因组组装基因组在甲基转移酶基因转录中占主导地位，并共转录了参与多种（甲基）砷氧化和外排途径的基因，表明在基因组水平上去甲基化过程与解毒过程之间存在耦联。稻田土壤培养实验还表明，DMAs浓度与去甲基化速率之间存在毒性驱动的反馈作用，即较高的DMAs浓度会抑制产甲烷作用，从而降低拟一级去甲基化速率常数。这些发现为调控稻田土壤中砷形态分布的产甲烷菌与（甲基）砷物种之间相互作用提供了新的机制性认识。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.08.27.747368v1?rss=1

🏷️ 砷去甲基化 宏转录组 产甲烷菌 稻田土壤 砷解毒 Methanosarcina