邓晔研究员团队联合来自中国、美国、荷兰、加拿大等国的研究团队，针对我国7座城市的厌氧消化设施开展了长期连续采样，围绕微生物代谢机制及产甲烷功能的系统发育组装取得系列进展。成果分别以“Microbial synthesis structures organic compound composition in anaerobic digestion”(DOI:10.1093/ismejo/wrag036）和“Phylogenetic assembly of methanogenesis regulates methane yield in food-waste anaerobic digestion”(DOI: 10.1093/ismejo/wrag083)为题发表于国际微生物生态协会会刊The ISME Journal。
在使用FT-ICR MS高分辨质谱检测的有机质分子多样性的研究中，基于团队前期开发的分子转化识别框架TOMENA（Yang et al., 2025, Water Research），研究团队识别了厌氧消化器中的潜在分子转化形式，并分别评估了分子合成与分解过程同系统操作条件、甲烷产率及物料化学特征之间的关联。研究将分子量区间184-391 Da确定为核心代谢物分布区间，该区间内的分子在长时间和大空间范围均持续被检出，且与微生物物种的丰度强关联。此外，全国的厌氧消化系统中，由小分子合成较大分子的过程是微生物进一步塑造代谢物组成的驱动力之一，并最终关系到甲烷的总产量（DOI: 10.1093/ismejo/wrag036）。
图1 厌氧消化系统分子转化的识别以及对分解和合成过程的解耦
在针对宏基因组测序分析的研究中，基于团队前期开发的REMIRGE算法（Wang et al., 2023, Microbiome），聚焦了产甲烷相关功能基因的地理学分布特征。研究发现，与气候和进料相关的环境和物质条件会持续影响厌氧消化系统中的产甲烷功能分布。相较于物种水平的系统发育，产甲烷相关功能基因的序列变体（gene sequence clusters）在系统发育结构与甲烷产量的变化关联更为紧密。在高效产甲烷系统中，生态过滤更倾向于保留一组高效的功能谱系，尽管这可能以降低功能冗余为代价。功能性状的基因水平系统发育特征有望成为衡量工程微生物组功能效率与潜在稳健性的关键指标（DOI: 10.1093/ismejo/wrag083）。
图2 厌氧消化系统功能基因的系统发育特征同产甲烷效率的关联
中心博士生杨兴盛、赵博分别是两篇论文的第一作者，邓晔研究员是两篇论文的通讯作者。该系列工作得到了国家重点研发和自然科学基金等项目的资助。
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环境生物技术实验室
2026年4月21日