Abstract Microbial lipid biomarkers preserved in geological archives can be used to explore past climate changes. Branched glycerol dialkyl glycerol tetraethers (brGDGTs) are unique bacterial biomarkers that have been used as molecular tools for the quantitative determination of terrestrial temperatures and the pH of depositional environments over a range of geological timescales. However, the exact biological source organisms – especially of the entire suite of brGDGTs found in the environment – remains unclear; by extension, so do the mechanisms that govern these proxies. Here, we identified a brGDGT-producing strain Candidatus Solibacter usitatus Ellin6076, by identifying archaeal tetraether synthase homologs in bacterial genomes. This strain synthesizes diverse brGDGTs, including regular C 5 -methylated and cyclic brGDGTs, and brGDGTs comprise up to 66% of the major lipids, far exceeding the proportions found in previous studies. The degree of C 5 -methylation in cultured strain Ellin6076 is primarily determined by temperature, whereas cyclization appears to be influenced by multiple factors. Consequently, culture-derived paleoclimate indices are in agreement with the global soil-derived MBT’ 5ME (methylation index of C 5 -methyl brGDGTs) proxy for temperature but not the CBT 5ME (cyclization index of C 5 -methyl brGDGTs) proxy for pH. Our findings provide important insights from a physiological perspective into the underlying mechanism of brGDGT-based proxies. Significance Statement Branched glycerol dialkyl glycerol tetraethers (brGDGTs) are biomarkers widely used for the quantitative estimation of past climatic changes due to their ubiquitous occurrence in the environment and the relationships between their distributions and temperature and pH. However, the ecophysiology of brGDGT-producing bacteria and the mechanistic basis for brGDGT-based climate proxies remain unknown. Here, we identify a brGDGT-producing Acidobacterium and present a physiological study of brGDGTs in response to cultivation variables, which provides pivotal insights into how brGDGT producers modulate methylation and cyclization under different culturing conditions. Our study represents a significant advancement in understanding the physiological role of lipid structures in microbial adaptation and helps us interpret the relationships between brGDGT-based proxies and environmental conditions of the geological environment.

Abstract Archaea possess characteristic membrane-spanning lipids that are thought to contribute to the adaptation to extreme environments. However, the biosynthesis of these lipids is poorly understood. Here, we identify a radical S -adenosyl-L-methionine (SAM) enzyme that synthesizes glycerol monoalkyl glycerol tetraethers (GMGTs). The enzyme, which we name GMGT synthase (Gms), catalyzes the formation of a C(sp 3 )–C(sp 3 ) linkage between the two isoprenoid chains of glycerol dialkyl glycerol tetraethers (GDGTs). This conclusion is supported by heterologous expression of gene gms from a GMGT-producing species in a methanogen, as well as demonstration of in vitro activity using purified Gms enzyme. Additionally, we show that genes encoding putative Gms homologs are present in obligate anaerobic archaea and in metagenomes obtained from oxygen-deficient environments, and appear to be absent in metagenomes from oxic settings.

Per- and polyfluoroalkyl substances (PFASs) have been widely detected in various food, which has attracted worldwide concern. However, the factors influencing the transfer and bio-accumulation of PFASs from soils to wheat in normal farmland, is still ambiguous. We investigated the PFASs accumulation in agricultural soils and grains from 10 cites, China, and evaluated the health risks of PFASs via wheat consumption. Our results show that ∑PFASs in soils range from 0.34 μg/kg to 1.59 μg/kg with PFOA and PFOS dominating, whilst ∑PFASs in wheats range from 2.74 to 6.01 μg/kg with PFOA, PFBA and PFHxS dominating. The lower pH conditions and high total organic carbon (TOC) could result in the higher accumulation of PFASs in soils and subsequently in wheat grains, whilst the bioaccumulation factors of PFASs increase with increasing pH conditions but not with TOC. The estimated daily intake (EDI) values of PFBA, PFOA, and PFHxS are relatively high, but data supports that ingesting wheat grains does not result in any potential risk to the human beings. Our studies provided more information about PFASs accumulation in wheat grains, and help us understand the current potential risks of PFASs in food.

Abstract Ratios of glycerol dialkyl glycerol tetraethers (GDGT), which are membrane lipids of bacteria and archaea, are at the base of several paleoenvironmental proxies. They are frequently applied to soils as well as lake‐ and marine sediments to generate records of past temperature and soil pH. To derive meaningful environmental information from these reconstructions, high analytical reproducibility is required. Based on submitted results by 39 laboratories from across the world, which employ a diverse range of analytical and quantification methods, we explored the reproducibility of brGDGT‐based proxies (MBT′ 5ME , IR, and #rings tetra ) measured on four soil samples and four soil lipid extracts. Correct identification and integration of 5‐ and 6‐methyl brGDGTs is a prerequisite for the robust calculation of proxy values, but this can be challenging as indicated by the large inter‐interlaboratory variation. The exclusion of statistical outliers improves the reproducibility, where the remaining uncertainty translates into a temperature offset from median proxy values of 0.3–0.9°C and a pH offset of 0.05–0.3. There is no apparent systematic impact of the extraction method and sample preparation steps on the brGDGT ratios. Although reported GDGT concentrations are generally consistent within laboratories, they vary greatly between laboratories. This large variability in brGDGT quantification may relate to variations in ionization efficiency or specific mass spectrometer settings possibly impacting the response of brGDGTs masses relative to that of the internal standard used. While ratio values of GDGT are generally comparable, quantities can currently not be compared between laboratories.

ABSTRACT Runoff is a pivotal ecohydrological cycle feature. Investigating watershed runoff change and its influencing factors from multi-temporal and spatial angles is crucial for water ecology control. The study analyzes hydrological and meteorological changes using the indicators of hydrological alteration and the range of variation approach (IHA–RVA) and RClimDex to explore their dynamic relationship. Finally, using the soil and water assessment tool to quantify climate and human contributions to runoff temporally and spatially, with validation using Budyko-based elasticity coefficients. Results showed that (1) most of the meteorological indices show an upward trend, a change attributable mainly to strong human activity and global warming. The overall hydrological indicators show a moderate degree of change (50.70%). (2) PRCPTOT (the annual total precipitation) and 30-day minimum demonstrate a negative correlation coefficient of 0.91 in the meteorological–hydrological response. (3) On annual/seasonal scales, human activities such as hydraulic projects and land use/cover changes (LUCC) dominate runoff changes. On a monthly scale, climate change prevails in March and November due to temperature/rainfall fluctuations, while human activities dominate other months. Spatially, climate change and LUCC mainly impact runoff in the southeast. The study offers references to improve water management in the Jialing River Basin, effectively addressing the negative impacts of human activities on runoff.