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Arctic Mid의 아질산염 축적 및 Anammox 박테리아 틈새 분할

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Arctic Mid의 아질산염 축적 및 Anammox 박테리아 틈새 분할

ISME 커뮤니케이션 3권,

ISME 커뮤니케이션 3권, 기사 번호: 26(2023) 이 기사 인용

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암모늄과 아질산염을 섭취함으로써 Anammox 박테리아는 해양 퇴적물을 포함한 많은 환경에서 질소 순환에 중요한 기능적 길드를 형성합니다. 그러나 중요한 기질 아질산염에 대한 분포와 영향은 잘 특성화되지 않았습니다. 여기서 우리는 AMOR(Arctic Mid-Ocean Ridge)에서 검색된 두 개의 퇴적물 코어에서 Anammox 박테리아와 기타 질소 순환 그룹을 연구하기 위해 생지화학적, 미생물학적 및 게놈 접근법을 결합했습니다. 우리는 이 코어에서 아질산염 축적을 관찰했는데, 이 현상은 28개의 다른 해양 퇴적지와 유사한 수생 환경에서도 기록되었습니다. 아질산염 최대치는 Anammox 박테리아의 감소된 풍부함과 일치합니다. Anammox 박테리아 풍부도는 아질산염 환원제보다 최소 한 자릿수 더 높았으며 Anammox 풍부도 최대치는 아질산염 최대치 위와 아래의 층에서 검출되었습니다. 두 AMOR 코어의 아질산염 축적은 암모늄 가용성에 따라 두 개의 아나목스 박테리아군(Candidatus Bathyanammoxibiaceae 및 Candidatus Scalinduaceae) 사이의 틈새 분할과 함께 발생합니다. 지배적인 아나목스 게놈(Ca. Bathyanammoxibius amoris 및 Ca. Scalindua sediminis)을 재구성하고 비교함으로써 우리는 Ca. B. amoris는 Ca보다 친화력이 높은 암모늄 수송체가 적습니다. S. sediminis는 요소 및 시아네이트와 같은 대체 기질 및/또는 에너지원에 접근할 수 있는 능력이 부족합니다. 이러한 기능은 Ca를 제한할 수 있습니다. Bathyanammoxibiaceae를 더 높은 암모늄 농도의 조건에 적용합니다. 이러한 발견은 동시에 발생하는 아질산염 축적과 Anammox 박테리아의 틈새 분할을 밝혀 해양 퇴적물의 질소 순환에 대한 이해를 향상시킵니다.

생태계에서 질소 순환은 미생물이 중재하는 과정 네트워크에 의해 복잡하게 제어됩니다. 생태계에서 새로운 생물학적 이용 가능한(또는 고정된) 질소는 디아조트로피에 의해 생성되며 두 가지 질소 손실 과정, 즉 탈질소화와 혐기성 암모늄 산화(아나목스)에 의해 다시 N2로 전환될 수 있습니다[예: [1]의 검토 참조]. 후자의 두 가지 혐기성 대사는 일반적으로 바다의 원양 산소 최소대 또는 저서 퇴적물과 같은 저산소 환경에서 선호됩니다[2]. 이전 추정에 따르면 저서 생물의 고정된 질소 손실은 전 세계적으로 수층보다 1.3~3배 더 큽니다[3,4,5]. 따라서 퇴적질소 손실 과정은 해양 서식지 전반에 걸쳐 생물학적으로 이용 가능한 질소의 풍부함을 조절하는 데 중요한 역할을 합니다. 아질산염은 Anammox와 탈질소화의 중요한 기질이며[6, 7], 그 이용 가능성은 질소 손실의 크기를 크게 제어합니다[8]. 그러나 아질산염은 해양 퇴적물에서 질산염 및 암모늄만큼 높은 수준으로 축적되는 경우가 거의 없으므로 이 광대한 환경에서 아질산염의 존재 및 변환 경로가 크게 간과됩니다. Anammox 박테리아는 암모늄을 산화시키기 위해 이 화합물을 엄격히 요구하기 때문에 아질산염의 주요 소비자 중 하나입니다.

20년 전 해양 환경에서 발견된 이래로 아나목스는 고정된 질소 손실에 중요한 기여자인 것으로 나타났습니다[예: [9]. 이전에 인식된 해양 아나목스 박테리아(Candidatus Brocadiaceae 및 Candidatus Scalinduaceae과에 속함) 중에서 Ca. Scalinduaceae는 해양 퇴적물에서 일관되게 검출되었으며 [10,11,12,13], 해안 퇴적물에서 여러 가지 농축 배양 물이 얻어졌습니다 [예 : Ca. Scalindua japonica [14] 및 Ca. Scalindua profunda [15]]. 그러나 겉으로는 어디에나 존재하는 것처럼 보이지만 Ca. Scalinduaceae는 해양 퇴적물에 존재하는 유일한 Anammox 박테리아 계열이 아닐 수도 있습니다. 최근 AMOR(Arctic Mid-Ocean Ridge) 퇴적물과 지하수 환경에서 메타게놈 조립 게놈을 조사하여 새로운 아나목스 박테리아 계열이 발견되었습니다(즉, Candidatus Bathyanammoxibiaceae [16]). AMOR 코어에서는 Ca. Scalinduaceae 및 Ca. Bathyanammoxibiaceae는 질산염-암모늄 전이대와 Ca 내에 국한되어 있습니다. Bathyanammoxibiaceae는 때때로 Ca에 비해 훨씬 더 많을 수 있습니다. 비늘과 [16]. AMOR 퇴적물에 기능적으로 (거의) 동일한 두 계통의 공존은 이들 가족이 동일한 틈새를 차지하는지 여부와 아질산염의 분포 및 변형에 어떤 영향을 미칠 수 있는지에 대한 질문을 제기했습니다.

2 consecutive depths with detectable nitrite concentrations) were only detected in two cores: GS14-GC04 and GS16-GC04 (see results below). These two cores offered an opportunity to explore the underlying mechanism(s) of nitrite accumulation, a unique geochemical phenomenon that has been well studied in seawaters of oxygen deficient zones [e.g., [18]] but not in marine sediments. Because the general geochemical context [13], microbiology data [13], and anammox bacteria communities [16] of core GS16-GC04 have been published previously, below we provide thorough descriptions for core GS14-GC04./p>97% nucleotide sequence identity using UPARSE [86]. Most of the OTUs detected in the extraction blanks (negative controls) were manually removed, except for a few OTUs that may be introduced into the blanks by cross-contamination. Overall, >99.9% of reads in the negative controls were removed. Samples were subsampled to 20,000 reads for each sediment horizon. The taxonomic classification of OTUs was performed using the lowest common ancestor algorithm implemented in the CREST package [87] with the SILVA 138.1 Release as the reference. The relative abundance of anammox bacteria was taken as the total percentage of the OTUs affiliated with the families Ca. Scalinduaceae and Ca. Bathyanammoxibiaceae [16]. The distribution of individual anammox OTUs was visualized in heatmaps generated using the R package ggplot2 [88]./p>90% completeness and <5% redundancy) of Ca. Bathyanammoxibiaceae, we focused on the sediment horizon of 55 cm of core GS16-GC05, because our previous survey indicated that this particular sediment horizon harbors the highest relative abundance of Ca. Bathyanammoxibiaceae in the total archaea and bacteria community [16]. We extract the total DNA from 6.4 g of sediment (~0.4 - 0.6 g sediment in each of the 12 individual lysis) using PowerLyze DNA extraction kits (MO BIO Laboratories, Inc.) following the manufacturer's instructions. The DNA extracts were iteratively eluted from the 12 spin columns into 100 µL of ddH2O for further analysis./p>50% similarity were retained), to identify its close relatives. These sequences were complemented with known nitrifiers (e.g. ammonia-oxidizing bacteria (AOB) from the genera of Nitrosospira, Nitrosomonas, Nitrososcoccus, nitrite-oxidizing bacteria (NOB) from Nitrospira and Nitrospina, and ammonia-oxidizing archaea (AOA) from the Thaumarchaeota phylum) and aligned using MAFF-LINSi [107]. The alignment was trimmed using trimAl [111] with the mode of "automated". A maximum likelihood phylogenetic tree was reconstructed using IQ-TREE v.1.5.5 [108] with the LG + F + R7 as the best-fit substitution model and 1,000 ultrafast bootstraps./p>

2.0.CO;2" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1130%2F0016-7606%281974%2985%3C1661%3ASDITNS%3E2.0.CO%3B2" aria-label="Article reference 62" data-doi="10.1130/0016-7606(1974)852.0.CO;2"Article Google Scholar /p>