主要结果
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CH4、N和S元素循环相关微生物的环境驱动因素
研究测量了沉积物的pH、温度、盐度、NH4+、NO2−等理化因子，以表征红树林沉积物中环境因素的垂直分布。通过Mantel检验估计了理化性质与参与CH4/N/S循环的基因家族丰度之间的最大信息系数（MIC）值。结果表明，pH和AVS是影响CH4、N和S循环微生物群功能多样性和组成的主导因素，其次是SO42−和NO3−（图1）。
图1 环境因素与红树林沉积物微生物群功能的关系
Mantel检测揭示了环境因素与CH4/N/S循环基因家族（A）或功能多样性（B）之间的相关性。C使用最大信息系数（MIC）指数计算个体环境因素对参与CH4/N/S循环的特定代谢途径的重要性。百分比是指在环境因素的显著驱动下，参与特定代谢途径的基因家族的百分比。DNRA：异化硝酸盐还原。
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红树林沉积物微生物组沿深度的宏基因组分析
基于沉积物宏基因组分析，发现了功能和分类多样性沿深度的明显变化趋势。氮和硫循环群落的功能多样性随着沉积物深度的增加而减少，而CH4循环群落的多样性在深度之间没有显著差异。
图2 红树林沉积物微生物群功能潜能随深度变化
A功能多样性与沉积物深度之间的关系。B分类多样性与沉积物深度之间的关系。C Z评分的热图标准化了参与CH4/N/S循环的关键基因的相对丰度。蓝点/线表示微生物群落的整体功能/分类多样性；黄色点/线表示甲烷循环群落的功能/分类多样性；绿点/绿线表示氮循环群落的功能/分类多样性；紫色点/线表示硫循环群落的功能/分类多样性。灰色阴影区域表示95%的置信区间。R2通过线性回归分析获得，P通过Pearson相关分析获得。3
CH4/N/S循环基因/途径和微生物群的垂直剖面
研究分析了微生物群落的功能组成，重点分析了参与CH4、N、S循环的关键功能基因和通路的相对丰度，并且观察到这些代谢模式在不同沉积物深度之间的显著差异。
图3 参与CH4、N和S循环的关键微生物概况。
每个关键基因家族中前10个丰富微生物的相对丰度百分比如风玫瑰图所示。
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红树林沉积物中的微生物共发生网络图
为了进一步探索不同深度可能的微生物相互作用和耦合机制，作者使用与CH4、N和S循环中所有contigs相关的分类图谱构建了共生网络。观察到CH4、N和S循环微生物组网络的不同结构和拓扑特征。与表层和深层网络相比，中层网络似乎具有最大的复杂性。
图4 表层（黄色）、中层（红色）和深层（蓝色）沉积物中微生物群落的共发生网络图
A网络节点由模块内连接性（Zi）和模块间连接性（Pi）分隔。Zi和Pi对微生物类群的分类阈值分别为2.5和0.62。B不同沉积层的总体拓扑特征。
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CH4、N和S循环过程的基因组耦合分析
通过宏基因组组装和binning，作者重建了19个古菌MAGs和58个细菌MAGs。古菌中甲烷菌科、甲烷菌科和甲烷菌科的MAG主要分布在深层沉积物中。在细菌MAGs中，有9个含有S氧化和反硝化关键基因的S驱动反硝化菌，以及9个具有dsrABD基因或与脱硫菌属相关的推定SRB的MAG。
S驱动的反硝化菌MAG在表层和中层沉积物中的相对丰度高于深层沉积物。除N2O外，所有S驱动的反硝化菌MAG都可以使用不同的N物种作为电子受体，这可能导致沉积物中产生N2O。其中，六种MAG含有硫化物：醌氧化还原酶（Sqr），它催化硫化物氧化为元素硫（图5）。
图5 9种S驱动反硝化菌对红树林沉积物反硝化和S氧化的代谢特性
蓝色箭头表示脱氮反应，绿色箭头表示S氧化反应。实心箭头表示在回收的MAG中发现的反应，虚线箭头表示省略的反应。作为SRB的代表性基因组，脱硫弧菌科（KO6.bin.24）含有参与SO42-还原的核心酶，包括腺苷酸硫还原酶α亚基（AprA）和除硫酸腺苷酸转移酶（Sat）外的异化硫还原酶α、β和δ亚基（DsrABD）。它还含有电子传递复合物QmoAB和DsrMKJOP，以及硫中继蛋白DsrC。此外，在脱硫菌科基因组中还检测到硫转运蛋白（ThiF）（图6）。
图6 从甲烷菌科和脱硫菌科的MAG推断甲烷厌氧氧化和硫酸盐还原的可能耦合途径。不存在的酶呈红色；虚线箭头表示未知路径。
图7 红树林沉积物中与深度相关的微生物驱动CH4、N和S循环及其耦合机制的概念模型。